Sensor criado em Cingapura monitora a saúde da safra

Dispositivo móvel detecta a quantidade de nitrogênio e de outros marcadores que indicam a condição de plantações. Segundo criadores, a ferramenta ajuda no diagnóstico rápido de problemas agrícolas, reduzindo o uso de corretivos e fertilizantes

Paloma Oliveto

postado em 14/12/2020 06:01

(crédito: Singapore-MIT Alliance for Research and Technology/Divulgação)

Crítico para a sobrevivência das plantas, o nitrogênio, quando em falta, pode levar à deterioração prematura das folhas e à perda de rendimento dos vegetais. Muitas vezes, quando a carência é identificada, já é tarde para salvar uma plantação. Pensando nisso, pesquisadores de Cingapura desenvolveram um dispositivo móvel que detecta rapidamente a deficiência do elemento, dando tempo para o agricultor agir.

Além disso, o dispositivo consegue monitorar outros metabólitos que indicam algum tipo de problema, como falta de irrigação ou reação à temperatura inadequada. Segundo os cientistas, do Grupo de Pesquisa Interdisciplinar do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) em Cingapura (uma parceria com a instituição norte-americana) e do Laboratório de Ciências da Vida Temasek, a ideia é combater a insegurança alimentar com um método econômico e sustentável. Eles publicaram um artigo descrevendo o dispositivo na revista Scientific Report, do grupo Nature.

No artigo, os pesquisadores explicam que, embora a agricultura de precisão seja uma estratégia importante para combater a crescente insegurança alimentar por meio de práticas agrícolas sustentáveis, a prática “requer novas tecnologias para o diagnóstico rápido de estresses nas plantas antes do início de sintomas visíveis e subsequente perda de rendimento”.

“Nossos resultados mostraram que as medições in vivo usando o sensor Raman portátil foram consistentes com as medições obtidas com um espectrômetro em condições de laboratório”, diz o professor Rajeev Ram, do MIT, coautor do artigo e pesquisador do Grupo de Pesquisa Interdisciplinar. “Demonstramos que o diagnóstico precoce da deficiência de nitrogênio — um nutriente crítico e o componente mais importante dos fertilizantes — em plantas vivas é possível com o sensor portátil.”

Cultivos populares

Embora o estudo tenha focado, principalmente, na medição dos níveis de nitrogênio nas plantas, o dispositivo também pode ser usado para detectar taxas de outros marcadores de problemas nas plantas, como seca, estresse por calor e frio, estresse salino e por luz. A ampla gama de condições prejudiciais que podem ser detectadas pelo Raman e sua simplicidade e sua velocidade o tornam ideal para uso em campo por agricultores, destacam os cientistas.

“Enquanto nos concentramos no diagnóstico precoce e específico da deficiência de nitrogênio usando o sensor, também fomos capazes de medir picos de outros metabólitos que são claramente observados em vegetais populares, como coentro, alface e espinafre”, diz Chung Hao Huang, coautor do artigo e pós-doutorado no Laboratório de Ciências da Vida Temasek, na Universidade de Tecnologia de Cingapura.

A equipe acredita que a descoberta pode ajudar os agricultores a maximizar o rendimento das colheitas, garantindo impactos negativos mínimos no meio ambiente, como a redução da poluição dos ecossistemas aquáticos, do escoamento de nitrogênio e da infiltração no lençol freático. “O sensor foi testado em diversas variedades de vegetais. Ampliar esse trabalho a uma variedade ainda maior de safras pode contribuir globalmente para melhorar a produtividade, para maior resiliência climática e mitigação da poluição ambiental por meio da redução do uso de fertilizantes”, destaca Nam-Hai Chua, principal autor do estudo e vice-presidente do Laboratório de Ciências da Vida Temasek.

Detector portátil de pragas

No Japão, um grupo de pesquisadores da Universidade de Tecnologia Toyohashi também pretende combater a insegurança alimentar com um dispositivo portátil. Mas, nesse caso, ele detecta pragas virais em plantações de forma precoce. A equipe conduziu um estudo com o equipamento — do tamanho da palma da mão — e conseguiu sucesso no diagnóstico de quatro tipos de vírus. O resultado do teste saiu em cerca de uma hora. Segundo os pesquisadores, a ideia é usá-lo não apenas na agricultura, mas na identificação de micro-organismos prejudiciais em diversas áreas, incluindo a saúde humana.

“Com o aumento da demanda de alimentos devido ao crescimento da população mundial e com a diminuição da produção devido ao clima anormal, o fornecimento constante de alimentos e produtos agrícolas, florestais e pesqueiros seguros e de alta qualidade tornou-se uma questão urgente, comum a toda a humanidade”, observa Takayuki Shibata, principal autor do estudo. “Ao utilizar essa tecnologia, mesmo os produtores agrícolas sem conhecimento ou habilidades especiais podem fazer testes fácil e rapidamente para doenças de plantas e pragas em suas fazendas, no nível genético”, diz.

O dispositivo trabalha com a abordagem da amplificação isotérmica mediada por loop (Lamp). Trata-se de um método para a detecção de ácidos nucleicos-alvo (DNA ou RNA), que podem amplificar o gene a uma temperatura constante, sem a instrumentação cara de alta precisão que caracteriza o PCR, que é a técnica de diagnóstico genético mais comumente usada. “Portanto, o método Lamp tem um potencial considerável para fornecer uma ferramenta de diagnóstico fácil de usar e permitir diagnósticos no local”, diz Shibata. No entanto, o Lamp convencional é problemático, porque é necessário preparar e testar uma quantidade excessiva de amostras para cada vírus-alvo. O processo também requer conhecimentos e habilidades especializadas.

Testes

“Aqui, nossa equipe de pesquisa resolveu esse problema empregando tecnologia de chip microfluídico”, diz o pesquisador. O dispositivo de diagnóstico genético consiste em uma matriz de cinco câmaras de reação (três microlitros de volume) e um microcanal (200 micrômetros de largura e 80 micrômetros de altura) formando uma rede que os conecta. O equipamento tem, aproximadamente, 45mm por 25mm de tamanho (menos de 1/3 de um cartão de crédito).

Como amostra, foi utilizado o RNA total contendo material genético do vírus-alvo, extraído de folhas de pepino doentes, coletadas em uma fazenda. “Dois tipos de vírus de RNA foram detectados simultaneamente com sucesso em nosso dispositivo de diagnóstico. Deve-se destacar que o dispositivo tem a capacidade de diagnosticar simultaneamente até quatro tipos diferentes de doenças virais de plantas”, afirma.