CULTURA DE TECIDOS VEGETAL

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CULTURA DE TECIDOS VEGETAL
Gottileb Haberlandt (1854-1945)
Nascido no império austro-húngaro em 1854, na cidade de Ungarisch-Altenburg (atual Mosonmagyaróvár) situada ao nordeste da atual Hungria. 
Gottilieb Haberlandt é considerado o pai da cultura de tecidos vegetais e foi um visionário ao propor o conceito da totipotência, pilar fundamental da cultura de tecidos. Em 1902, ele formulou a hipótese de que uma célula vegetal somática individualizada teria a capacidade de regenerar uma planta completa. Infelizmente não logrou exito em seus trabalhos, por faltar em seus meios de cultivo a presença de substâncias reguladoras do desenvolvimento vegetal, como auxinas e citocininas.
Haberlandt formou-se pela Universidade de Viena, tendo passagens pelas Universidade de Tecnologia de Graz (Technische Universitat Graz) e Universidade de Berlim. Seu principal mentor foi o botânico suíço Simon Schwendener.
O talento nato para o desenho era uma de suas características, sendo uma habilidade preciosa para seus estudos em anatomia vegetal. Em seus estudos com fisiologia vegetal, desenvolveu pesquisas a respeito do crescimento apical, elementos vasculares e a translocação de assimilados.
Haberlandt não foi o primeiro a tentar cultivar tecidos vegetais. Anteriormente Irmisch (1858), Sachs (1859) e Koch (1887) trabalharam com tecidos embrionários, no caso cotilédones, e conseguiram plantas inteiras. Porém nenhum trabalho logrou exito a partir de células somáticas. 
Haberlandt trabalhou com células isoladas do mesófilo de Lamium purpureum e células do estame deTradescantia virginica, sendo que estas células permanecerem vivas por várias semanas, contudo sem a ocorrência de divisões celulares. O modo como se induziria essas divisões celulares foi  o grande questionamento levantado em seus estudos, propondo que "enzimas de crescimento" teriam este papel. 
Em 1913, Haberlandt provou a existência de fatores da divisão celular em plantas, classificando em duas classes: lepto-hormônios e necro-hormônios. Os lepto-hormônios estavam associados aos tecidos vasculares, enquanto os necro-hormônios estavam associados a injuria e morte de células. Pela primeira vez estabeleceu-se a teoria de hormônios em botânica, culminando com a descoberta da cinetina e outras citocininas.
Gottilieb Haberlandt faleceu em 1945 ao final da segunda guerra mundial, sendo que várias de suas notas pessoais, manuscritos, cartas, documentos e livros foram destruídos durante bombardeios em Berlim. De qualquer forma sua contribuição para a ciência tornou-se eterna e será sempre lembrada.
Metabólitos secundários in vitro (parte 1)
Desde os primórdios, a humanidade tem se utilizado das plantas com uma função terapêutica. Esses compostos químicos produzidos pelas plantas constituem um amplo e diverso grupo conhecido como metabólitos secundários, e são de grande importância na indústria farmacêutica, perfumaria e de essências. Metabolitos secundários não são essenciais para o crescimento vegetal e são produzidos em pequenas quantidades, sendo em sua maioria acumulados em tecidos especializados, como tricomas em um distinto estádio de desenvolvimento, dificultando a extração, isolamento e purificação
Um fator de entrave à produção de metabólitos secundários é que esta é, em geral, baixa (menos que 1% da biomassa seca). Além disso, uma das principais queixas dos compradores refere-se a instabilidade na oferta, que ocorre em função das condições naturais a que estão sujeitas as espécies vegetais. Dependendo da espécie são necessários meses ou anos para obtenção da cultura no ponto para a produção. Para algumas espécies de plantas medicinais não há padrões de coleta, colheita, armazenagem e embalagem, o que impõe restrições à expansão do mercado. De fato, como os metabólitos secundários representam uma interface química entre as plantas e o ambiente circundante, sua síntese é freqüentemente afetada por condições ambientais.
Fig,1 - Esquema geral sobre o metabolismo secundário e as diferentes vias de biossíntese dos três grupos principais (Adaptado de Hartamann, 2007)
O emprego da técnica de cultura de tecidos vegetais trás vantagens para a produção de metabolitos secundários, especialmente no que se refere a produção em um ambiente controlado, independente das variações geográficas, sazonais e fatores climáticos. A possibilidade de um sistema definido de produção, com segurança de produção contínua, com qualidade e padrão uniforme; e alta velocidade de produção são vantagens associadas ao sistema de produção in vitro. Alguns entraves são existentes como a instabilidade das linhagens celulares, com culturas perdendo parcialmente ou totalmente sua habilidade de biossintetizar e acumular produtos secundários, além do lento crescimento e problemas de escala. As plantas mais citadas onde se tem obtido bons resultados com a cultura de tecidos são: Artemisia annua, Camptotheca acuminate, Catharanthus roseus, Discorea deltoidea, Mucuna hassjoo, Panax ginseng, Papaver somniferum, Ruta graveolens, Taxus spp. e Zingiber oficinale.
O ambiente in vitro tradicional, por ser uma condição atípica ao desenvolvimento vegetal, pode resultar em alterações na parte funcional de genes que ocorrem devido a estímulos químicos e físicos em que a cultura fica exposta, alterando o metabolismo primário e levando a produção de diferentes metabólitos secundários. A cultura de células e tecidos de muitas espécies de plantas tem produzido também compostos que não foram isolados originalmente nas plantas intactas. Esses resultados tem representado uma oportunidade valiosa de investigar novos e inéditos compostos.
Futuramente pode-se considerar que as plantas funcionarão como biofábricas de medicamentos, vacinas e proteínas recombinantes. 
Referências:
Hartmann T (2007) From waste products to ecochemicals: Fifty years research of plant secondary metabolism. Phytochemistry 68: 2831-2846.
Paul M, Ma JKC (2011) Plant-made pharmaceuticals: leading products and production platforms.Biotechnology and Applied Biochemistry 58: 58-67.
Metabólitos secundários (Parte 2)
Na técnica de cultura de tecidos são várias as abordagens possíveis para a produção de metabólitos secundários.
A cultura de células e suspensões celulares foram muito utilizadas nos primeiros estudos para produção in vitro, porém problemas relacionados a produção em larga escala e a instabilidade celular acabaram reduzindo a aplicação dessa metodologia. A cultura de raízes, especialmente raízes transformadas, tem sido considerada como a mais promissora por apresentar um bom crescimento in vitro e por ser um órgão normalmente associado a produção desses metabólitos. A cultura de tecidos com maior grau de diferenciação apresenta a vantagem por possibilitar trabalhar com um tecido organizado, com uma menor competição entre o metabolismo primário e o secundário, além da produção de alguns compostos, em alguns casos, ocorrerem apenas em órgão diferenciados.
                    Fig 1 - Produção de gengibre (Zingiber officinale) em biorreatores (Paek et al. 2006)
A cultura de células e tecidos de muitas espécies de plantas tem produzido  também compostos que não foram isolados originalmente nas plantas intactas. Esses resultados representam uma oportunidade valiosa de investigar novos e inéditos compostos. O ambiente in vitro tradicional, por ser uma condição atípica ao desenvolvimento vegetal, pode resultar em alterações na parte funcional de genes que são expressos devido a estímulos químicos e físicos em que a cultura fica exposta, alterando o metabolismo primário e levando a produção de diferentes metabólitos secundários.
O acúmulo de compostos voláteis tais como etileno e óxido nítrico, nas condições in vitro, podem resultar em respostas fisiológicas diferenciadas. Em revisão realizada por Zhang et al. (2012) vários estudos observaram que o óxido nítrico pode atuar como elicitor na biossíntese in vitro de metabólitos secundários, como saponinas, hipericinas, puerarinas,catarantina, artemisina e taxanos.
Uma abordagem visando o incremento da produção de metabólitos secundários refere-se a aplicação de elicitores e indutores de estresse, tais como jasmonatos, ácido salicílico e quitinases. Jasmonatos e ácido salicílico estão envolvidos nas rotas de transdução de sinalização em processos de regulação de genes de defesa em plantas.
Ressalta-se também que a presença de metabólitos secundários é maior em plântulas do que em plantas adultas, sendo uma estratégia para a sobrevivência nesses estádios. Como as plantas mantidas em cultura de tecidos mantém a juvenilidade, espera-se que a maior riqueza metabólica também seja observada no material in vitro.
Frequentemente observa-se uma correlação inversa entre a atividade metabólica primária e a produção de metabólitos secundários, ou seja, em tecidos que apresentam um rápido crescimento há um decréscimo na produção de metabólitos secundários. Porém, há também vários casos, dependendo da classe de metabólito em questão, em que acúmulo de produtos secundários e crescimento são diretamente relacionados.
Referências: 
Paek KY, Chakrabarty D, Hahn EJ (2005) Application of bioreactor systems for large scale production of horticultural and medicinal plants. In: Hvoslef-Eide AK, Preil W (eds) Liquid culture systems for in vitro plant propagation. Springer. The Netherlands. pp. 95-116.
Zhang B, Zheng LP, Wang JW (2012) Nitric oxide elicitation for secondary metabolite production in cultured plant cells. Applied Microbiology Biotechnology 93: 455-466.