Verificar a saúde do solo poderá, em breve, ser quase tão simples como “perguntar” às bactérias locais. Drones ou satélites seriam capazes de detetar as respostas, expressas como brilhos de cores diferentes quando expostas a estímulos como nutrientes ou contaminantes.
As bactérias já são amplamente usadas como sensores, porque é relativamente fácil editá-las para fabricarem moléculas quando determinadas condições se verificam. O problema é que, na maioria dos casos, para observar essas respostas costuma ser preciso recorrer a um microscópio - e ter tempo para esperar.
Agora, investigadores do MIT desenharam um sistema de sensores em que as bactérias emitem brilho em certos comprimentos de onda de luz quando identificam um alvo. A ideia é que isto possa ser feito tirando fotografias com um drone e aguardando 30 segundos.
Bactérias-sentinela para avaliar a saúde do solo
Pela forma como foi concebido, o sistema parece suficientemente flexível para detetar praticamente qualquer molécula, química ou bactéria - benéfica ou nociva. Com a introdução de dois tipos distintos de bactérias, seria possível, na prática, fazer com que os campos “brilhassem” a vermelho quando surgem poluentes e a verde quando os nutrientes estão em níveis elevados.
"Assim, pode responder a metais ou radiação ou toxinas no solo, ou a nutrientes no solo, ou ao que quer que seja que queira que responda", diz Christopher Voigt, engenheiro biológico no MIT.
"E depois o resultado disso seria a produção desta molécula que pode então ser detetada à distância."
Leitura à distância com câmaras hiperespectrais, drones e satélites do MIT
A equipa recorreu a câmaras especiais montadas em drones ou em edifícios para analisar amostras de solo patrulhadas por bactérias geneticamente modificadas. As amostras que continham o alvo destacaram-se com clareza, emitindo um sinal até 12 vezes mais forte do que as amostras de controlo, a uma distância de até 90 meters (295 feet).
Esse brilho não seria visível a olho nu - o método depende de câmaras hiperespectrais. Estes dispositivos conseguem detetar centenas de comprimentos de onda de luz visível e infravermelha, e analisar quanto de cada um está presente em cada píxel de uma imagem. Assim, conseguem captar alterações mínimas de cor que passariam despercebidas a outros instrumentos, quanto mais ao olho humano.
Repórteres hiperespectrais: biliverdina e bacterioclorofila
Para que as câmaras hiperespectrais “vissem” as respostas, a equipa modificou bactérias para produzirem moléculas “repórter” detetáveis por estes equipamentos. O ponto de partida foi uma série de simulações de mecânica quântica de 20,170 metabolitos, com o objetivo de identificar os candidatos mais adequados.
"Os melhores repórteres hiperespectrais (HSRs) são aqueles cujos espectros são os mais únicos e requerem o menor número de enzimas para serem produzidos", escrevem os autores no artigo que descreve o trabalho.
No fim, escolheram dois candidatos promissores: um pigmento chamado biliverdina, que pode dar um tom esverdeado às nódoas negras, e uma bacterioclorofila, que alguns microrganismos usam na fotossíntese. As enzimas necessárias para produzir biliverdina foram introduzidas numa bactéria do solo chamada Pseudomonas putida, enquanto um microrganismo aquático chamado Rubrivivax gelatinosus passou a conseguir produzir bacterioclorofila.
Estas saídas foram ligadas a circuitos sensores nos genomas bacterianos - neste caso, para detetar outras bactérias nas proximidades. Mas, em termos práticos, o “gatilho” pode ser quase qualquer coisa, incluindo substâncias químicas em solos contaminados.
"O lado bom desta tecnologia é que se pode ligar e usar qualquer sensor que se queira", diz Yonatan Chemla, engenheiro de microbioma ambiental no MIT. "Não há razão para que qualquer sensor não seja compatível com esta tecnologia."
Para pôr a ideia à prova, a equipa colocou amostras de solo ou areia em caixas abertas ao ar, sendo que algumas tinham discos do alvo enterrados. Câmaras hiperespectrais em drones ou em telhados conseguiram captar imagens que cobriam centenas ou milhares de metros quadrados, em menos de 30 segundos.
E, de facto, as caixas com os alvos apresentaram um brilho intenso, em contraste evidente com as amostras de controlo.
Os investigadores declaram financiamento do Departamento de Defesa dos EUA e do Ministério da Defesa de Israel.
"Temos estado muito ocupados nos últimos três anos a trabalhar para perceber quais são os panoramas regulatórios e quais são as preocupações de segurança, quais são os riscos, quais são os benefícios deste tipo de tecnologia?", afirma Chemla.
Embora a segurança e a regulamentação destes sistemas ainda tenham de ser definidas, a equipa considera que o método revela potencial para monitorização ambiental contínua.
"As sentinelas microbianas têm vantagens como sensores no terreno. Podem ser dispersas por áreas extensas, responder a sinais únicos e persistir sem necessidade de energia elétrica", escrevem os autores.
"Além disso, os HSRs podem ser imagiologicamente captados durante o dia em condições ambiente e identificados em ambientes espectralmente complexos, incluindo terreno aberto, zonas verdes e estruturas urbanas."
A investigação foi publicada na revista Nature Biotechnology.
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