Por Flávia Gouveia

Compreender a ação dos microrganismos e utilizá-los na agropecuária e na nutrição humana marcam o início de uma nova revolução alimentar

É difícil imaginar como teria sido a história da alimentação humana sem produtos tão comuns como pão, queijo, iogurte, salame, vinagre, aguardente, cerveja ou vinho. Antes mesmo de compreender o fenômeno da fermentação¹, a humanidade já fazia uso de microrganismos² no preparo desses e de outros alimentos de forma intuitiva. “Há registros de rituais indígenas da era pré-colombiana que utilizavam bebidas alcoólicas produzidas a partir do milho macerado, ao qual se adicionava saliva, transferindo, assim, bactérias e leveduras à preparação e desencadeando o processo fermentativo”, lembra Maria Carolina Quecine Verdi, do Departamento de Genética da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, na Universidade de São Paulo (Esalq/USP). Ela ressalta que somente no século XVIII descobriu-se a existência dos microrganismos e, no século seguinte, suas formas de ação. “Foi o primeiro passo para o controle eficiente e a otimização de processos de produção de alimentos com o auxílio de microrganismos”.

Ao longo do tempo, as formas de utilização de microrganismos na produção de alimentos se multiplicaram, transformando desde a agricultura, com o tratamento do solo e das plantações, até a nutrição humana e animal, com o emprego de suplementos de microrganismos isolados de ação probiótica, isto é, visando reconfigurar a microbiota³ do trato digestório para promover a saúde. Para isso, têm sido fundamentais as pesquisas e descobertas nas áreas de genética e suas ramificações, em especial a genômica, associadas com a informática, a matemática, a estatística, a biotecnologia e a microbiologia. Destaca-se, na esteira desses desenvolvimentos, o Projeto Genoma⁴ Humano (1990-2003), um esforço internacional de mapeamento dos genes⁵ humanos e de suas funções a partir dos pares de bases nitrogenadas⁶ que os constituem.

Nas últimas décadas, pesquisadores de diversos países vêm trabalhando em projetos com o objetivo de mapear o genoma de diferentes espécies. No que se refere ao mapeamento genômico de microrganismos, o primeiro organismo a ter seu genoma completamente sequenciado foi uma bactéria (Haemophilus influenzae), em 1995 nos Estados Unidos, por meio da técnica de sequenciamento por fragmentos aleatórios de DNA⁷.

Já no que diz respeito aos estudos da microbiota do aparelho digestório humano, foi necessário o aprimoramento de uma técnica denominada 16S RNAr Polimerase, utilizada no contexto do Projeto Genoma Humano, para permitir a amplificação e avaliação do material genético microbiano nas fezes. “Com a possibilidade de aplicação dessa técnica em material genético microbiano, surgida em 2007, foi possível amplificar o material genético de bactérias que estavam vivas ao longo de todo o trato intestinal, dando origem a uma nova perspectiva de interpretação da ação dos microrganismos que habitam não apenas o estômago e o intestino grosso, mas também o intestino delgado, inatingível pelas técnicas disponíveis até então”, salienta o nutricionista e microbiologista Murilo Pereira, professor de pós-graduação em nutrição clínica funcional e nutrição esportiva funcional do Instituto VP Consultoria Nutricional e coordenador-docente do curso de formação em modulação intestinal do portal Murilo Pereira.

Com o domínio de técnicas de mapeamento genético e de análises de microrganismos presentes em diferentes ambientes e organismos, uma enorme gama de pesquisas testam hipóteses e produzem conhecimentos que estão transformando nosso sistema alimentar, tanto na esfera produtiva como nas ações individuais de consumo.

Terceira Revolução Verde
A utilização racional de microrganismos para o melhoramento da produção agrícola teve início nas décadas de 1940 e 1950, ainda de maneira artesanal. Atualmente, os microrganismos são largamente empregados na produção de grandes empresas mundiais como promotores de crescimento e controladores de doenças. De acordo com Verdi, essas práticas permitiram uma saída da produção agrícola para o esgotamento da Segunda Revolução Verde, baseada em uso de agroquímicos, para dar origem à Terceira Revolução Verde, a era da Bioeconomia, da agricultura de precisão com base no uso dos microrganismos.

Atualmente, os desafios para a disseminação desse novo tipo de agricultura ainda são muitos. “É bem mais fácil combater pragas em lavouras com o uso de agroquímicos do que com o uso de microrganismos, pois a utilização destes últimos exige um grande conhecimento do sistema agrícola em sua complexidade, considerando a interação da planta com o meio, com a praga, com outros insumos e com os microrganismos. Estamos engatinhando nessa tecnologia ainda”, explica a professora da Esalq.

Apesar da complexidade, o domínio dessa tecnologia varia conforme a cultura e o país onde é cultivada. O Brasil destaca-se como grande produtor de soja sem a adubação química nitrogenada, porque utiliza o rizóbio, um conjunto de bactérias do solo que possuem a habilidade de converter o nitrogênio atmosférico em formas utilizáveis pela planta. Mas a biodiversidade brasileira possibilita a descoberta de novos microrganismos e o estudo da interação dos microrganismos com diversas culturas, conferindo ao país um enorme potencial a ser explorado. “Em algumas culturas, a associação de microrganismos já é considerada normal e preferível, como a soja com o rizóbio e a cana-de-açúcar com o fungo metarrizo para o controle da cigarrinha, uma praga que ataca canaviais e também os pastos, comprometendo a nutrição do gado. O grande gargalo ainda é desenvolver microrganismos ou comunidades de microrganismos para culturas específicas”, diz Verdi.

As dificuldades para a disseminação do uso de microrganismos na agricultura passam também por entraves regulatórios para os registros de bioinsumos comercializáveis e tornam essas soluções mais custosas e ainda economicamente inviáveis em larga escala para muitas culturas, comparativamente às alternativas com agroquímicos.

Entretanto, a agricultura orgânica já se beneficia da utilização de microrganismos por meio do manejo adequado do solo e também na prática da compostagem para a produção de fertilizantes naturais. Para Verdi, embora na natureza selvagem ou em qualquer forma de cultivo não existam plantas desassociadas de microrganismos, o uso racional de microrganismos na agricultura orgânica e em culturas livres do uso de agroquímicos dá origem a um nicho econômico para produtores de menor escala e com produção de valor nutricional maior, oferecendo benefícios para os consumidores, além de vantagens para o meio ambiente.

Probióticos⁸ na criação animal
Os probióticos têm sido crescentemente utilizados em criações de várias espécies animais, com grande presença na criação de aves, mas também para bovinos, suínos, peixes e frutos do mar. Os primeiros relatos de utilização de microrganismos vivos na pecuária datam de 1912, com a suplementação alimentar do gado com a vitamina B presente em leveduras Saccharomyces cerevisiae, as mesmas utilizadas na produção de pão e cerveja. O emprego de microrganismos como probióticos em interação com a microbiota digestória dos animais é bem mais recente, explica o biólogo Natanael Leitão, doutor em microbiologia e imunologia pela Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e fundador e diretor-geral da YLive Biotecnologia. “Ainda hoje, o uso de microrganismos na pecuária é bastante tímido perto do potencial, sobretudo no Brasil. Muito disso se deve ao pequeno número de pesquisas bem estruturadas sobre o tema no país”, observa.

Quando se fala na conformação da microbiota digestória dos animais, duas variáveis são fundamentais: o regime de criação e o tipo de alimentação. “Em animais terrestres criados soltos, são encontradas muitas espécies de microrganismos comumente presentes no solo. Já a criação em confinamento submete os animais a um contato maior com humanos e, por isso, a microbiota desses animais apresenta diversos tipos de microrganismos próprios da microbiota humana. Isso pode provocar doenças relacionadas com esse regime de criação, levando a um maior uso de fármacos nos rebanhos. Resíduos de antibióticos, por exemplo, podem se acumular em derivados dos animais e impactar negativamente a saúde dos consumidores”, explica Leitão.

Com relação à alimentação, o diretor da YLive esclarece que o trato digestório de animais cuja dieta é essencialmente pasto, que é rico em celulose e lignina, possui microrganismos adaptados à degradação desses compostos em quantidade muito maior do que em animais que se alimentam de ração, principalmente farelos de milho e outros grãos. Assim, a microbiota de animais que se alimentam de ração é rica em microrganismos adaptados à degradação de amido e glicose. De acordo com Leitão, “os efeitos de cada tipo de microbiota na saúde dos animais e na qualidade dos derivados alimentícios parecem ser relevantes, mas carecem de maior investigação e comprovação no âmbito científico”.

A utilização de probióticos como aditivos alimentares em criações animais pode acontecer de três maneiras: em adição à ração, nos sais minerais e na água. Além disso, pode-se promover a administração oral direta dos microrganismos através de géis alimentares para reconstituição da microbiota e combate a desordens no sistema digestivo dos animais. A ação dos probióticos tem sempre o objetivo de inibir o crescimento de microrganismos nocivos e favorecer o ambiente de crescimento dos microrganismos benéficos, seja por meio da competição entre populações microbianas do organismo e as probióticas, seja pela criação de um microambiente favorável à microbiota saudável.

Os benefícios do uso de probióticos na criação animal manifestam-se na saúde dos rebanhos, na consequente redução do uso de medicamentos, no ganho de peso dos animais e no aumento da produtividade, conferindo vantagens aos produtores. “Em termos de custos de produção, o uso dos probióticos mostra-se acessível até para pequenos produtores. Esses custos são facilmente compensados nos ganhos de produtividade e podem ser absorvidos pela cadeia de produção, sem necessidade de elevação dos preços ao consumidor final”, diz Leitão.

Para os consumidores desses produtos, ainda não há estudos que estabeleçam benefícios associados à ingestão de carne de animais tratados com probióticos. No entanto, de acordo com Leitão, já se pode dizer que o consumo de leite desses animais traz benefícios comprovados, tanto pela redução do uso de antibióticos quanto pelo perfil nutricional do leite, com maior concentração de proteínas e gorduras e com a menor quantidade de células somáticas, que podem indicar baixa qualidade da produção leiteira por inflamação da glândula mamária das fêmeas (mastite).

Alimentação e microbiota humana
O avanço das pesquisas com microrganismos permitiu um salto importante no que se refere à nutrição humana. Além da utilização de microrganismos como auxiliares na produção de alimentos, principalmente os fermentados, sabe-se hoje que os microrganismos podem produzir componentes benéficos no intestino. Isso evidencia a estreita relação entre nutrição e saúde, abrindo um vasto campo de ação na prevenção e no tratamento de doenças por meio da modulação da microbiota digestória.

A ciência que trouxe esse conhecimento surgiu somente com o Projeto Microbioma⁹ Humano (2007-2015), e os primeiros resultados vieram a público muito recentemente. “É tudo muito novo. Os profissionais formados até 2012 não tiveram contato com esse conhecimento, por isso o assunto merece tanta atenção”, alerta Pereira. Ele informa que atualmente já se conhecem cerca de três trilhões de genes microbianos que podem ser encontrados no intestino humano. “Os estudos têm revelado a semelhança de padrões de microbiota em indivíduos acometidos pelas mesmas doenças, o que levou ao desenvolvimento de técnicas para modulação da microbiota digestória com o objetivo de restabelecer a saúde e diminuir a ocorrência das doenças”, completa.

Um dos fatores fundamentais que determinam a composição da microbiota digestória são os hábitos alimentares. No decorrer da história, a industrialização e a urbanização vieram acompanhadas de processos de higienização dos alimentos e da produção industrial de alimentos estéreis, livres de microrganismos, graças à adição de antimicrobianos que prolongam a vida de prateleira dos produtos. De acordo com Pereira, “para os consumidores pareceu muito prático, porque esses alimentos dão menos trabalho para preparar e demoram muito mais para estragar do que as hortaliças compradas em feiras. No entanto, as pessoas passaram a não ter mais contato com os fragmentos microbianos, tendo como efeito a redução da imunidade inata¹⁰, ou seja, tornando as pessoas mais vulneráveis a doenças”.

De forma geral, o padrão alimentar ocidental de hoje, conhecido como “dieta de lanchonete”, tem estabelecido uma mudança drástica na microbiota também por causa de sua composição, conta Pereira. O aumento do consumo de alimentos que combinam altos teores de açúcar e gordura provocou uma alteração qualitativa na microbiota digestória. Ele acrescenta, ainda, que a ingestão de proteínas sem a devida mastigação compromete a digestão no estômago e provoca um aumento de bactérias fermentativas no intestino, produzindo substâncias orgânicas tóxicas, como as putrescinas e cadaverinas.

No entanto, Pereira considera que o maior problema do Brasil esteja na farinha. Em 2002, determinou-se que a farinha de trigo brasileira deve ser suplementada com ferro. Essa suplementação é feita com ferro não absorvível, o que promove o crescimento no intestino de bactérias que se alimentam de ferro, desencadeadoras de processos metabólicos que levam à esteatose hepática, doença caracterizada pelo acúmulo de gordura no fígado. “Além do ferro, as farinhas têm micotoxinas (toxinas de fungos) e fragmentos de insetos. Por incrível que pareça, no Brasil são tolerados 75 fragmentos de insetos para cada 50 gramas de farinha de trigo, de acordo com a RDC nº14 (Resolução da Diretoria Colegiada da Agência Nacional de Vigilância Sanitária), de 28 março de 2014”, relata o nutricionista.

Outro vilão bem conhecido é o açúcar, que no passado era comercializado como uma especiaria de consumo restrito e que, ao longo do tempo, banalizou-se e incorporou-se ao padrão de consumo no mundo todo. Pereira destaca que os níveis de consumo individual de açúcar hoje atingem 50 ou mesmo 100 gramas por dia, quando o máximo deveria ser de 5 a 10 gramas. Isso tem também relação com o fato de o açúcar ter um efeito viciante, diz Pereira, pois “a ingestão de açúcar está relacionada com alterações da microbiota e com um processo de sinalização dos filamentos neuronais aferentes, que levam informações dos receptores e órgãos dos sentidos até o córtex cerebral, gerando o sentimento de afetividade e desencadeando o mecanismo do vício”.

A boa notícia é que a mudança do regime alimentar pode restabelecer o equilíbrio da microbiota em algumas semanas, dado que o tempo médio de vida de um microrganismo da microbiota humana é de apenas dois dias. A recomendação do nutricionista é que se estabeleça uma rotina de consumo de alimentos com microrganismos e que se dê mais atenção à mastigação. Ele lembra que todos os alimentos crus têm microrganismos, não apenas os alimentos fermentados. “O importante é que o processo fermentativo ocorra no corpo, não no alimento, mas as pessoas têm a falsa impressão de que os fermentados são as melhores fontes de probióticos”.

A utilização do probiótico isolado como suplemento é recomendada quando o regime alimentar se concentra em produtos industriais livres de microrganismos. Seu objetivo é minimizar doenças metabólicas sistêmicas, como resistência à insulina, obesidade e diabetes, e melhorar a imunidade inata. “Se comermos comida de verdade, não é necessário suplementar com probióticos”, esclarece Pereira.

Vale notar que o uso de probióticos induz as defesas naturais do corpo, mas não provoca alterações de longo prazo na microbiota digestória. O que altera a microbiota é o padrão alimentar. O mecanismo de ação dos probióticos dá-se pela sinalização na cavidade intestinal de fragmentos de microrganismos, os chamados MAMPs (sigla em inglês de “padrões moleculares associados a microganismos”). Essa sinalização aumenta a imunidade inata, impedindo o supercrescimento microbiano. Para o nutricionista, “embora os estudos mostrem que em doze semanas usando probióticos há uma resposta positiva no combate a doenças, se a pessoa parar de tomar e não mudar o estilo de vida, o efeito se perde. Assim, está comprovado que os probióticos melhoram doenças, mas para gerar saúde é necessário comer adequadamente, ou seja, é necessário também ingerir os prebióticos¹¹ que alimentam os microrganismos benéficos ao organismo e evitar os prebióticos que promovem o crescimento dos microrganismos nocivos”.

No caso de vícios e compulsões, ainda há muito a ser descoberto, segundo Pereira, mas “as pesquisas existentes mostram que lactobacilos e bifidobactérias melhoram a produção dos neurotransmissores GABA (ácido gama-aminobutírico, na sigla em inglês) e de serotonina, gerando equilíbrio no cérebro e melhoria nos quadros de depressão, stress e ansiedade”.

Perspectivas microbianas
Os sistemas alimentares têm sofrido importantes transformações nos últimos anos graças ao progresso científico em diversas áreas e suas aplicações em diferentes segmentos da cadeia de produção e consumo de alimentos. As perspectivas com relação ao uso de microrganismos na alimentação sinalizam uma nova revolução alimentar já em curso, baseada na chamada biotecnologia 4.0, a biotecnologia da Quarta Revolução Industrial¹².

Na agricultura, uma grande promessa fundamenta-se na biodiversidade brasileira também em termos microscópicos, destaca Verdi, indicando um vasto campo de pesquisas e aplicações. Além disso, “com a expansão do alcance e da escala de utilização de microrganismos no cultivo agrícola, seria possível pensar a utilização de microrganismos na agricultura não apenas no uso combinado com agroquímicos, mas como um caminho para a migração de plantações que hoje utilizam agroquímicos para a agricultura orgânica”, considera.

Quanto às tendências recentes na criação animal, Leitão aponta um movimento para a redução do uso de antibióticos, em conformidade com as exigências dos mercados internacional e interno, assim como a segmentação de funcionalidades dos probióticos com maiores variedades de microrganismos, selecionados através da bioprospecção avançada¹³. “Não podemos descartar também a possibilidade de criação de microrganismos geneticamente modificados conforme dominamos novas técnicas de edição genética com segurança. Isso para daqui a dez ou quinze anos e de acordo com a evolução da legislação pertinente”, pondera.

No campo dos novos produtos contendo microrganismos, Leitão acredita que cada vez mais as limitações de processamento industrial, estabilidade e tempo de prateleira de produtos contendo microrganismos vivos estão sendo vencidas, permitindo a ampliação do seu uso no sistema alimentar tanto humano como animal. “A redução dos entraves regulatórios para a aprovação e comercialização de produtos com microrganismos permitirá um grande crescimento desses segmentos nos próximos anos”.

Para Pereira, a tendência mundial do uso de microrganismos na alimentação é a produção de superalimentos. “São alimentos industrializados que incorporam microrganismos vivos ou mortos, visto que está comprovado que fragmentos de microrganismos, os MAMPs, também geram inúmeros benefícios. Esses superalimentos já estão sendo lançados, principalmente nos Estados Unidos, onde há um movimento de abertura de franquias de alimentos enriquecidos com probióticos e a expansão da produção de alimentos menos industrializados e minimamente processados”, aponta o nutricionista.

Glossário:

1. Fermentação: processo de produção de energia na ausência de oxigênio a partir de compostos orgânicos. O produto energético da fermentação são duas moléculas de ATP (adenosina trifosfato) para cada molécula de glicose. A fermentação pode produzir ácido lático, ácido acético, etanol e dióxido de carbono.
2. Microrganismo: organismo que pode ser visto apenas com o auxílio de um microscópio, tipicamente constituído de uma única célula. São exemplos de microrganismos as bactérias, fungos, protozoários e algumas algas.
3. Microbiota: conjunto dos microrganismos que habitam um ecossistema, principalmente bactérias, com funções importantes na decomposição da matéria orgânica e na reciclagem dos nutrientes.
4. Genoma: conjunto do material genético codificado no DNA (ácido desoxirribonucleico) de um organismo – ou no RNA (ácido ribonucleico), no caso dos vírus – que caracteriza um indivíduo ou espécie.
5. Gene: unidade de informação hereditária que determina as características próprias de uma espécie e de cada indivíduo. Cada gene é formado por sequências de centenas ou milhares de pares de bases nitrogenadas.
6. Base nitrogenada: molécula orgânica contendo nitrogênio, constituinte dos ácidos nucleicos das células, o DNA e o RNA. Há cinco tipos de bases nitrogenadas: adenina, timina, citosina, guanina e uracila. A timina é própria do DNA, enquanto a uracila é própria do RNA, sendo as demais bases encontradas em ambos.
7. DNA: molécula longa e fina presente no núcleo das células dos seres vivos, composta de quatro tipos de monômeros chamados nucleotídeos, cada qual contendo um grupo fosfato, uma desoxirribose e uma base nitrogenada. O DNA carrega toda a informação genética de um organismo.
8. Probióticos: microrganismos vivos isolados ou presentes em alimentos, cuja ingestão traz benefícios à saúde.
9. Microbioma: conjunto do material genético de microrganismos presentes em um ambiente ou organismo.
10. Imunidade inata: subsistema imunológico que compreende as células e mecanismos que oferecem a primeira linha de defesa contra infecções de maneira não específica, com respostas rápidas e independentes dos antígenos. Os sistemas de imunidade inata são encontrados em todas as classes de plantas e animais.
11. Prebiótico: todo polissacarídeo, ou qualquer coisa que seja comida, capaz de alimentar bactérias presentes em um organismo.
12. Quarta Revolução Industrial: convergência de tecnologias disruptivas que irá transformar o modelo industrial. Essa revolução resulta da convergência digital, física e biológica com base em tecnologias como computação em nuvem, internet das coisas, big data, blockchain, inteligência artificial e biotecnologia.
13. Bioprospecção avançada: seleção de microrganismos não convencionais a partir de análises de microbiotas e características genéticas, para utilização como probióticos.

Flávia Gouveia é jornalista de ciência pelo Labjor/Unicamp, doutora em
política científica e tecnológica pelo DPCT/Unicamp, coordenadora de
comunicação da Associação Prefigura e colaboradora do GSPR/EHESS-Paris. Pesquisa temas relacionados a nutrição, saúde e controvérsias sociotécnicas.