Culturas agrícolas geneticamente modificadas
Culturas agrícolas geneticamente modificadas são plantas usadas na agricultura, cujo DNA foi modificado usando métodos de engenharia genética. Se essas culturas provêm de plantas que receberam genes de outras espécies, são conhecidas como culturas agrícolas transgênicas (português brasileiro) ou culturas agrícolas transgénicas (português europeu). Os genomas das plantas podem ser projetados por métodos físicos ou pelo uso de Agrobacterium para a entrega de sequências hospedadas em vetores binários T-DNA. Na maioria dos casos, o objetivo é introduzir uma nova característica na planta que não ocorre naturalmente na espécie. Exemplos em culturas alimentares incluem resistência a certas pragas, doenças, condições ambientais, redução da deterioração, resistência a tratamentos químicos ou melhoria do perfil de nutrientes da cultura. Exemplos em culturas não alimentares incluem árvores geneticamente modificadas para a silvicultura e produção de agentes farmacêuticos, biocombustíveis, e outros bens industrialmente úteis, bem como para biorremediação.
Os humanos influenciaram diretamente a composição genética das plantas para aumentar seu valor como cultivo por meio da domesticação. A primeira evidência de domesticação de plantas vem do trigo farro e Triticum monococcum encontrados em aldeias pré-cerâmica Neolítico A no sudoeste da Ásia datadas de cerca de 10.500 a 10.100 a.C. O Crescente Fértil da Ásia Ocidental, Egito e Índia foram locais das primeiras semeaduras e colheitas planejadas de plantas que haviam sido coletadas na natureza. O desenvolvimento independente da agricultura ocorreu no norte e sul da China, no Sahel da África, na Nova Guiné e em várias regiões das Américas. As oito culturas fundadoras do Neolítico (farro, Triticum monococcum, cevada, ervilhas, lentilhas, ervilha-de-pombo, grão-de-bico e linho) apareceram todas por volta de 7.000 a.C. Os melhoristas de culturas tradicionais há muito tempo introduzem germoplasma estrangeiro nas culturas, criando novos cruzamentos. Um grão de cereal híbrido foi criado em 1875, através do cruzamento de trigo e centeio. Desde então, características como genes de nanismo e resistência a doenças de plantas foram introduzidas dessa maneira. Cultura de tecidos vegetais e mutações deliberadas permitiram aos humanos alterar a composição dos genomas das plantas.
Culturas geneticamente modificadas têm genes adicionados ou removidos usando técnicas de engenharia genética, originalmente incluindo biolística, eletroporação, microinjeção e agrobactérias. Mais recentemente, CRISPR e TALEN ofereceram técnicas de edição muito mais precisas e convenientes. Pistolas genéticas (também conhecidas como biolística) "disparam" (direcionam partículas de alta energia ou radiações contra) genes-alvo em células vegetais. É o método mais comum. O DNA é ligado a pequenas partículas de ouro ou tungstênio que são posteriormente disparadas em tecido vegetal ou células vegetais individuais sob alta pressão. As partículas aceleradas penetram tanto na parede celular quanto nas membranas. O DNA se separa do metal e é integrado ao DNA da planta dentro do núcleo. Este método tem sido aplicado com sucesso em muitas culturas cultivadas, especialmente monocotiledôneas como trigo ou milho, para as quais a transformação usando Agrobacterium tumefaciens tem sido menos bem-sucedida. A principal desvantagem deste procedimento é que sérios danos podem ser causados ao tecido celular.
Transgênico
As plantas transgênicas têm genes inseridos nelas que são derivados de outra espécie. Os genes inseridos podem vir de espécies dentro do mesmo reino (planta para planta), ou entre reinos (por exemplo, bactérias para planta). Em muitos casos, o DNA inserido tem que ser modificado ligeiramente para ser expresso de forma correta e eficiente no organismo hospedeiro. As plantas transgênicas são usadas para expressar proteínas, como as toxinas Cry de B. thuringiensis, genes resistentes a herbicidas, anticorpos, e antígenos para vacinações. Um estudo liderado pela Autoridade Europeia para a Segurança Alimentar (EFSA) também encontrou genes virais em plantas transgênicas.
Cisgênico
As plantas cisgênicas são feitas usando genes encontrados na mesma espécie ou em uma espécie sexualmente compatível e intimamente relacionada, onde o melhoramento convencional de plantas pode ocorrer. Alguns criadores e cientistas argumentam que a modificação cisgênica é útil para plantas que são difíceis de cruzar por meios convencionais (como batatas), e que as plantas na categoria cisgênica não devem exigir o mesmo escrutínio regulatório que os transgênicos.
Subgênico
Plantas geneticamente modificadas também podem ser desenvolvidas usando knockdown ou knockout de genes para alterar a composição genética de uma planta sem incorporar genes de outras plantas. Em 2014, o pesquisador chinês Gao Caixia registrou patentes sobre a criação de uma variedade de trigo resistente ao oídio. A variedade não possui genes que codificam proteínas que reprimem as defesas contra o oídio. Os pesquisadores excluíram todas as três cópias dos genes do genoma hexaplóide do trigo. Gao usou as ferramentas de edição de genes TALENs e CRISPR sem adicionar ou alterar quaisquer outros genes. Nenhum teste de campo foi planejado imediatamente. A técnica CRISPR também foi usada pelo pesquisador Yinong Yang da Universidade Estadual da Pensilvânia para modificar cogumelos Champignon para não escurecerem, e pela DuPont Pioneer para fazer uma nova variedade de milho.
Integração de múltiplas características
Com a integração de múltiplas características, várias novas características podem ser integradas em uma nova cultura.
O valor econômico dos alimentos geneticamente modificados para os agricultores é um dos seus principais benefícios, incluindo nos países em desenvolvimento. Um estudo de 2010 concluiu que o milho Bt proporcionou benefícios económicos de 6,9 bilhões de dólares ao longo dos 14 anos anteriores em cinco estados do Centro-Oeste dos Estados Unidos. A maioria (4,3 bilhões de dólares) foi atribuída aos agricultores que produziam milho não Bt. Isto foi atribuído à redução das populações de brocas do milho devido à exposição ao milho Bt, deixando menos pessoas para atacar o milho convencional nas proximidades. Os economistas agrícolas calcularam que "o excedente mundial aumentou em 240,3 milhões de dólares em 1996. Deste total, a maior parte (59%) foi para os agricultores dos EUA. A empresa de sementes Monsanto recebeu a segunda maior parte (21%), seguida pelos consumidores dos EUA (9%), o resto do mundo (6%) e o fornecedor de germoplasma, Delta & Pine Land Company Mississippi (5%)."
Em 2014, a maior revisão até então realizada concluiu que os efeitos dos cultivos geneticamente modificados na agricultura foram positivos. A meta-análise considerou todos os estudos publicados em inglês sobre os impactos agronômicos e econômicos entre 1995 e março de 2014 para três dos principais cultivos transgênicos: soja, milho e algodão. O estudo constatou que os cultivos tolerantes a herbicidas apresentam custos de produção mais baixos, enquanto, para os cultivos resistentes a insetos, a redução no uso de pesticidas foi compensada por preços mais altos de sementes, mantendo os custos gerais de produção praticamente inalterados. Os rendimentos aumentaram 9% para variedades tolerantes a herbicidas e 25% para variedades resistentes a insetos. Os agricultores que adotaram culturas geneticamente modificadas obtiveram lucros 69% maiores do que aqueles que não o fizeram. A revisão concluiu que as culturas geneticamente modificadas ajudam os agricultores em países em desenvolvimento, aumentando os rendimentos em 14 pontos percentuais.
As culturas geneticamente modificadas cultivadas atualmente, ou em desenvolvimento, foram modificadas com diversas características . Essas características incluem maior vida útil, resistência a doenças, resistência ao estresse, resistência a herbicidas, resistência a pragas, produção de bens úteis, como biocombustíveis ou medicamentos, e capacidade de absorver toxinas e ser usadas na biorremediação de poluição. Recentemente, a investigação e o desenvolvimento têm sido direccionados para o melhoramento de culturas que são localmente importantes nos países em desenvolvimento, como o feijão-caupi resistente a insectos para África e a beringela resistente a insetos. Diversas culturas agrícolas foram desenvolvidas para apresentar tolerância a um ou mais herbicidas. Não existe nenhum evento transgênico tolerante a herbicidas que seja aprovado para cultivo comercial em Portugal ou em toda a União Europeia. Até o ano de 2022, o Brasil já havia aprovado eventos transgênicos comerciais com resistência a herbicidas pertencentes aos seguintes grupos químicos:
Vida útil prolongada
O primeiro alimento geneticamente modificado aprovado para lançamento foi o tomate Flavr Savr em 1994. Desenvolvido pela Calgene, o tomate foi projetado para ter maior durabilidade por meio da inserção de um gene antissentido, que retardava o amadurecimento. Esse gene bloqueava parcialmente a produção da enzima poligalacturonase, responsável por degradar a pectina da parede celular e acelerar o amolecimento do fruto. Vendido pela primeira vez em 1994, a produção de tomate FlavrSavr cessou em 1997. Ele não está mais no mercado. Em novembro de 2014, os Estados Unidos aprovou uma batata geneticamente modificada que previne manchas. Em fevereiro de 2015, as Maçãs Artic foram aprovadas pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, tornando-se a primeira maçã geneticamente modificada aprovada para venda nos EUA. O silenciamento de genes foi usado para reduzir a expressão da polifenol oxidase (PPO), evitando assim o escurecimento enzimático da fruta após ser cortada. A característica foi adicionada às variedades Granny Smith e Golden Delicious. O Food and Drug Administration (FDA) aprovou nos Estados Unidos as maçãs em março de 2015.
Fotossíntese melhorada
As plantas utilizam o amortecimento não fotoquímico para se proteger de quantidades excessivas de luz solar. As plantas conseguem ativar esse mecanismo de amortecimento quase instantaneamente, mas demoram muito mais para desativá-lo. Durante o período em que o mecanismo permanece ativado, a quantidade de energia desperdiçada aumenta. Uma modificação genética em três genes permite corrigir isso (em um teste com plantas de tabaco). Como resultado, os rendimentos foram 14-20% maiores, em termos do peso das folhas secas colhidas. As plantas tinham folhas maiores, eram mais altas e tinham raízes mais vigorosas. Outra melhoria que pode ser feita no processo de fotossíntese (com plantas da via C3) é na fotorrespiração. Ao inserir a via C4 em plantas C3, a produtividade pode aumentar em até 50% para culturas de cereais, como o arroz.
Capacidade de biosequestro melhorada
A Iniciativa de Aproveitamento de Plantas (Harnessing Plants Initiative – um projeto do Instituto Salk), que visa melhorar a capacidade das culturas agrícolas de sequestrar carbono, se concentra na criação de plantas geneticamente modificadas que tenham maior massa radicular, profundidade radicular e conteúdo de suberina.
Fixação de nitrogênio
Plantas como as leguminosas obtêm nitrogênio através de uma relação simbiótica com bactérias diazotróficas que fixam nitrogênio do ar e o transferem para o solo na forma de amônia, onde é absorvido pelas raízes. Outras culturas, incluindo cereais importantes para o consumo humano, como milho, trigo e arroz, geralmente dependem de fertilizantes nitrogenados. O uso desses fertilizantes contribui para a eutrofização dos corpos d'água e para as mudanças climáticas devido às emissões de óxido nitroso. Sem fertilizantes, essas plantas crescem menos e produzem menos grãos. Pesquisas recentes desenvolveram estratégias inovadoras para fornecer nitrogênio de forma mais sustentável, reduzindo a dependência de fertilizantes sintéticos. As abordagens incluem engenharia genética de culturas não leguminosas para servir como hospedeiras mais eficazes para micróbios fixadores de nitrogênio, transferindo genes fixadores de nitrogênio (genes nif) para bactérias do solo para estabelecer uma relação simbiótica com cereais semelhante à das leguminosas ou, mais desafiador, introduzindo diretamente esses genes nas plantas para permitir que elas fixem seu próprio nitrogênio. Outras estratégias se concentram em aumentar a eficiência do uso de nitrogênio pelas culturas, permitindo que elas alcancem o crescimento ideal com menor entrada de nitrogênio.
Valor nutricional melhorado
Alguns tipos de soja geneticamente modificada oferecem perfis de óleo melhorados para processamento. A soja foi geneticamente modificada para melhorar a qualidade do óleo de soja. O óleo de soja tem um perfil de ácidos graxos que o torna suscetível à oxidação, o que o torna rançoso, o que limita sua utilidade na indústria alimentícia. As modificações genéticas aumentaram a quantidade de ácido oleico e ácido esteárico e diminuíram a quantidade de ácido linolênico, ao silenciar ou eliminar as dessaturases delta 9 e delta 12. A DuPont Pioneer desenvolveu uma soja com alto teor de ácidos graxos monoinsaturados (ácido oleico) e menor teor de ácidos graxos poli-insaturados (ácidos linoleico e linolênico), com níveis de ácido oleico acima de 80%, e começou a comercializá-la em 2010. Em comparação, a soja MON 87705 da Monsanto também apresenta níveis elevados de ácido oleico e níveis reduzidos de ácidos graxos poli-insaturados, o MON 87705 também apresenta uma redução nos ácidos graxos saturados, incluindo os ácidos palmítico e esteárico, em comparação com o óleo de soja convencional.
Resistência ao estresse
Plantas foram projetadas para tolerar estressores não biológicos, como a seca, geada, e alta salinidade do solo. Em 2019, a soja IND-00410-5 se tornou a primeira cultura geneticamente modificada resistente à seca a receber aprovação comercial no Brasil. A tolerância à seca em plantas geneticamente modificadas é alcançada por meio da inserção de genes que regulam respostas fisiológicas e bioquímicas ao estresse hídrico. Um exemplo comum é a introdução de fatores de transcrição da família HD-Zip I, originalmente isolados de plantas resistentes à seca, como o girassol. Esses genes reguladores atuam aumentando a expressão de proteínas envolvidas na defesa antioxidante, na manutenção da integridade celular e na eficiência no uso da água, permitindo que a planta sobreviva a períodos de escassez hídrica com menor impacto sobre o crescimento e a produtividade.
No Brasil
A maior parte das modificações genéticas aplicadas a alimentos concentrou-se em culturas comerciais de alta demanda entre os agricultores. No Brasil, exemplos de culturas geneticamente modificadas incluem algodão, cana-de-açúcar, feijão, milho, soja e trigo, além do eucalipto, usado na indústria madeireira. Culturas geneticamente modificadas têm sido projetadas para oferecer resistência a patógenos e herbicidas, tolerância à seca, e para obter melhores perfis nutricionais. Abaixo, lista de eventos transgênicos aprovados para cultivo no Brasil com base em dados do GM Approval Database do ISAAA e Liberações Comerciais da CTNBio: Alguns outros países também podem importar açúcar produzido a partir de cana geneticamente modificada, uma vez que o produto refinado é considerado indistinguível do açúcar convencional, sendo rotulado como não transgênico.
Em Portugal
O controle da União Europeia sobre organismos geneticamente modificados é uma parte específica de uma imagem da promessa e das limitações do debate como uma estrutura para regulamentação supranacional. A regulamentação europeia e da UE tem sido muito mais restritiva do que em qualquer outro lugar do mundo: em 2013, apenas 1 cultivar de milho e 1 cultivar de batata foram aprovadas, e oito Estados-membros da UE não permitiram nem mesmo essas. Abaixo, lista de eventos transgênicos aprovados para cultivo em Portugal e na União Europeia com base em dados do GM Approval Database do ISAAA e Food and Feed Information Portal Database da Comissão Europeia:
Na África e Ásia Lusófona
Até 2024, nenhum país da África Lusófona nem o Timor-Leste aprova ou cultiva legalmente culturas geneticamente modificadas para comercialização. Macau não possui cultivo de organismos geneticamente modificados, essencialmente porque não possui agricultura significativa. O abastecimento alimentar do território depende quase totalmente de importações, em especial da China continental, e, portanto, eventuais OGMs presentes no mercado de Macau chegam apenas como produtos importados, nunca como resultado de cultivo próprio.
Camelina geneticamente modificada
Várias modificações da Camelina sativa foram feitas, veja §Ólos comestíveis e §Produtos de controle de pragas sem pesticidas acima.
Plantas geneticamente modificadas para Marte
Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte estão desenvolvendo plantas ou sementes geneticamente modificadas para serem enviadas a Marte, capazes de viver em estufas ou biodomos habitáveis e ajudar a estabelecer vida vegetal no planeta. O programa NIAC [en] da NASA está financiando esse trabalho com plantas/árvores projetadas ou vegetação geneticamente modificada que possa sobreviver melhor em Marte. A edição genética por CRISPR, utilizando genes de extremófilos da Terra, é empregada para ajudar as plantas a suportarem as condições severas do regolito e da atmosfera marciana, incluindo desafios como radiação ultravioleta, frio extremo, baixa pressão atmosférica, presença de percloratos e tolerância à seca. As plantas e sementes poderiam então ser testadas ao ar livre para tentar iniciar um ecossistema para a completa terraformação de Marte.
Resistência
A exposição constante a uma toxina cria pressão seletiva para pragas resistentes a essa toxina. A dependência excessiva do glifosato e a redução na diversidade de práticas de manejo de plantas daninhas permitiram a disseminação da resistência ao glifosato em 14 espécies de plantas daninhas nos EUA, e na soja. Para reduzir a resistência em culturas inseticidas Bacillus thuringiensis (Bt), a comercialização do algodão e do milho transgênicos em 1996 veio acompanhada de uma estratégia de manejo para evitar que os insetos se tornassem resistentes. Os planos de manejo da resistência a insetos são obrigatórios para as culturas Bt. O objetivo é incentivar uma grande população de pragas para que quaisquer genes de resistência (recessivos) sejam diluídos na população. A resistência reduz a aptidão evolutiva na ausência do estressor, o Bt. Em áreas de refúgio, as linhagens não resistentes superam as resistentes na competição.
Proteção de plantas
Os agricultores geralmente usam menos inseticidas quando plantam culturas resistentes ao Bt. O uso de inseticidas em plantações de milho diminuiu de aproximadamente 0,23 kg/ha em 1995 para 0,02 kg/ha em 2010. Isso está de acordo com o declínio nas populações broca europeia do milho como resultado direto do milho e algodão Bt. O estabelecimento de requisitos mínimos de refúgio ajudou a retardar a evolução da resistência ao Bt. No entanto, a resistência parece estar se desenvolvendo a algumas características do Bt em algumas áreas. Na Colômbia, o algodão transgênico reduziu o uso de inseticidas em 25% e o uso de herbicidas em 5%, e o milho transgênico reduziu o uso de inseticidas e herbicidas em 66% e 13%, respectivamente.
Lavoura
Ao deixar pelo menos 30% dos resíduos da colheita na superfície do solo, desde a colheita até o plantio, o preparo conservacionista do solo reduz a erosão causada pelo vento e pela água, aumenta a retenção de água e diminui a degradação do solo, bem como o escoamento de água e de produtos químicos. Além disso, o preparo conservacionista reduz a pegada de carbono da agricultura. Uma revisão de 2014, que abrangeu 12 estados dos Estados Unidos entre 1996 e 2006, constatou que um aumento de 1% na adoção de soja tolerante a herbicidas (HT) leva a um aumento de 0,21% no uso do preparo conservacionista e a uma redução de 0,3% no uso de herbicidas ajustado pela qualidade.
Emissões de gases de efeito estufa
As características combinadas de aumento da produtividade, redução do uso da terra, redução do uso de fertilizantes e redução do uso de máquinas agrícolas criam um ciclo de retroalimentação que reduz as emissões de carbono relacionadas à agricultura. Essas reduções foram estimadas em 7,5% do total de emissões agrícolas na União Europeia, ou 33 milhões de toneladas de CO2, e em cerca de 8,76 milhões de toneladas de CO2 na Colômbia.
Tolerância à seca
O uso de culturas tolerantes à seca pode aumentar a produtividade em locais com escassez de água, possibilitando o cultivo em novas áreas. A adoção de milho tolerante à seca em Gana demonstrou aumentar a produtividade em mais de 150% e impulsionar a intensidade da comercialização, embora não tenha afetado significativamente a renda agrícola.
A regulamentação governamental sobre o desenvolvimento e a liberação de OGMs varia amplamente entre os países. Diferenças marcantes separam a regulamentação de OGMs nos EUA e na União Europeia. A regulamentação também varia de acordo com o uso pretendido do produto. Por exemplo, uma cultura não destinada ao uso alimentar geralmente não é analisada pelas autoridades responsáveis pela segurança alimentar. A regulamentação europeia e da UE tem sido muito mais restritiva do que em qualquer outro lugar do mundo: em 2013, apenas 1 cultivar de milho e 1 cultivar de batata foram aprovadas, e oito Estados-membros da UE não permitiram nem mesmo essas.
Em 2013, culturas geneticamente modificadas foram plantadas em 27 países; 19 eram países em desenvolvimento e 8 eram países desenvolvidos. 2013 foi o segundo ano em que os países em desenvolvimento cultivaram a maioria (54%) da colheita total de transgênicos. 18 milhões de agricultores cultivaram transgênicos; cerca de 90% eram pequenos agricultores em países em desenvolvimento. As estimativas globais são produzidas pelo Serviço Internacional para a Aquisição de Aplicações de Biotecnologia Agrícola (ISAAA) e podem ser encontradas em seus relatórios anuais, "Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2016". Os agricultores adotaram amplamente a tecnologia de transgênicos (ver figura). Entre 1996 e 2013, a área total de terra cultivada com culturas transgênicas aumentou cem vezes, passando de 17.000 quilômetros quadrados para 1.750.000 km2. 10% das terras aráveis do mundo foram plantadas com culturas geneticamente modificadas em 2010. Em 2011, 11 culturas transgênicas diferentes eram cultivadas comercialmente em 395 milhões de acres (160 milhões de hectares) em 29 países, como Estados Unidos, Brasil, Argentina, Índia, Canadá, China, Paraguai, Paquistão, África do Sul, Uruguai, Bolívia, Austrália, Filipinas, Mianmar, Burkina Faso, México e Espanha. Uma das principais razões para essa ampla adoção é o benefício econômico percebido que a tecnologia traz aos agricultores. Por exemplo, o sistema de plantio de sementes resistentes ao glifosato e posterior aplicação do herbicida após a emergência das plantas proporcionou aos agricultores a oportunidade de aumentar drasticamente a produtividade de uma determinada área, uma vez que isso permitiu o plantio de fileiras mais próximas umas das outras. Sem esse sistema, os agricultores precisavam plantar as fileiras com espaçamento suficiente para controlar as ervas daninhas pós-emergentes com o preparo mecânico do solo. Da mesma forma, o uso de sementes Bt significa que os agricultores não precisam comprar inseticidas e, em seguida, investir tempo, combustível e equipamentos na sua aplicação. No entanto, os críticos questionam se os rendimentos são maiores e se o uso de produtos químicos é menor com as culturas geneticamente modificadas. Consulte o artigo sobre controvérsias relativas aos alimentos geneticamente modificados para obter mais informações.
