Rhodopseudomonas palustris

 Versatilidade e Eficiência

“A Natureza não é mais complexa do que imaginamos, ela é mais complexa do que podemos imaginar” Elliot Colleman

Em pleno século XXI não deveria ser surpresa para ninguem que a produção vegetal está limitada pela eficiência fotossintética das plantas. Hoje utilizamos de 15 a 25% da capacidade fotossintética das plantas . Estudos da década de 70 realizados na Purdue University nos dão conta desse fato. Até mesmo as chamadas Big Techs do Agronegócio sabem disso, pois estão frenéticamente estudando uma maneira de lançar algum produto que aumente a eficiência fotossintética, mais precisamente tentando aumentar a eficiência da enzima RuBisCo, infelizmente usando a via transgênica.

Também esse deveria ser o principal argumento para não alterar o genoma de qualquer vegetal, pois temos ainda muita coisa pra fazer para obter o máximo desses genomas atuais. Mas essa já seria uma outra história.

Até mesmo no Brasil, com o nosso precário e, até certo ponto viciado, sistema tupiniquim de pesquisas agrícolas permite que indivíduos alheios a agricultura desenvolvam tecnologias de eficácia duvidosa, ao sugerir a aplicação de carvão micronizado, rebatizando-o com um outro nome e dando a impressão de tratar-se de uma molécula oriunda de um processo único de extração e chamando-a de “nanotecnologia “. Se sentem no direito de assim o proceder por mencionarem nomes como Unb e Embrapa, e pelo fato de exibirem títulos tupiniquins de “cientistas”, sob o pretexto especulativo de “aumentar a fotossíntese”, usando e abusando de palavras- gatilho ( 2 ), no mais puro estilo especulativo. Tudo pelo simples fato do carvão reduzido a nano partículas exibir o fenômeno da foto luminescência em meio aquoso. Um verdadeiro e vergonhoso Bumba-Meu-Boi tecnológico especulativo. Tudo menos ciência. “Técnolugia” tupiniquim por assim dizer.

O processo da fotossintese ainda é um fenômeno, até certo ponto, pouco entendido pelos fisiologistas vegetais devido a sua formação basicamente e fortemente alicerçada na química e na biologia. Com o avanço da ciência, a ignorância da maioria dos cientistas biológicos sobre a Física, e seus fenômenos subatômicos, fica cada vez mais patente.

Entretanto, um ramo novo da ciência, a Biologia Quântica, nos dá conta de que alguns fenômenos quânticos importantes ocorrem logo nos primeiros estágios da fotossíntese ( 1 ).

A fotossíntese é um processo no qual plantas e bactérias transforman a Luz, o Dióxido de Carbono e Água em matéria orgânica e, sem sombra de dúvidas, é a reação bioquímica mais importante do nosso planeta. Descobertas recentes demonstram que a Natureza conhece alguns truques que até mesmo os físicos desconhecem.

Processos coerentes quânticos poderão ser bem mais onipresentes na Natureza do que anteriomente se supunha. Os cientistas há muito tempo suspeitavam que alguma coisa incomum estava em curso na fotossíntese. Partículas de luz, chamadas fótons, viajam desde o Sol, e atingem aleatoriamente as molécula-tipo-antenas de clorofila e outras molécula do tipo antena absorvedoras de energia, como os pigmentos, que se aglomeram dentro das células de cada folha e dentro de cada bactéria fotossintética. Porém, uma vez que os fótons de luz são depositados, eles não permanecem mais aleatórios. De alguma forma, eles são canalizados em direção a um fluxo constante de energia para o centro de reação fotosintética , o qual, então, poderá usá-los na sua eficiência máxima para transformar CO2 e água em açucares.

Desde 1930, que os cientistas reconheceram que essa jornada poderia se descrita pela Mecânica Quântica, que estabelece que partículas como elétrons frequentemente atuam com ondas. Fótons atingindo uma molécula-tipo-antena irão provocar ondulações de elétrons energizados ( excitons ) tal qual “o efeito de uma pedra espalhando a água quando arremessada em um pôça de água”, nas palavras de Ball ( 1 ).

Esses excitons passam, então, de uma molécula para a outra até atingir o centro de reação fotossintética.

Mas, o seu caminho é feito de saltos aleatórios e não direcionados, como os pesquisadores inicialmente imaginaram ? Ou a sua movimentação poderia ser mais organizada ? Alguns pesquisadores mais atuais enfatizam que os excitons podem ser mais coerentes com as suas ondas se extendendo para mais de uma molécula enquanto ficam alojadas e se reforçam mutuamente. Se assim for, existe um corolário marcante. Ondas quânticas coerentes podem existir em dois ou mais estados ao mesmo tempo ( ex: onda eletromagnética e partícula – procurem conhecer o experimento da dupla fenda, um clássico da física quântica ) , então excitons coerentes seriam capazes de se moveram através de uma “floresta“ de moléculas-tipo- antena por duas ou mais rotas ao mesmo tempo, num fenômeno conhecido na Fisica quantica como Superposição . Na verdade, eles poderiam explorar uma variedade de possíveis opções e, automaticamente, selecionar o caminho mais eficiente para o centro de reação fotossintética.

Doze anos atrás, duas equipes, uma trabalhando com Graham Fleming , um químico da Universidade da California, Berkeley, foram capazes de obter provas experimentais para corroborar essa hipótese. Uma equipe usou um cordão de pulsos de laser muito curtos para sondar o aparato fotossintético da bactéria verde sulfurosa Chlorobium tepidium. Os pesquisadores tiveram que resfriar as suas amostras a 77 K usando nitrogênio líquido, porém os dados das suas sondas a laser mostraram claras evidências de estados excitatórios coerentes. A segunda equipe, levou a cabo um experimento semelhante da bactéria púrpura Rhodobacter sphaeroides e encontrou quase a mesma coerência eletrônica operando a temperatures de 180 K.
Em 2010, pesquisadores do primeiro grupo publicaram evidências de coerência quantica no seu complexo bacteriológico a temperatura ambiente, mostrando que a Coerência não é apenas um artefato de condições criogênicas de laboratório, mas de fato, pode ser importante para a fotossíntese no mundo real.

Quase ao mesmo tempo, uma equipe conduzida por Gregory Scholes, um quimico da Universidade de Toronto, no Canada, também relatou efeitos coerentes em temperaturas ambientes, dessa vez não em bacterias mas em algas criptofiticas fotossintéticas, organismos evolutivamente diferentes que estão mais próximos das plantas e dos animais e que usam grupos químicos absorvedores de luz completamente diferentes.

Mas como a coerência quântica poderá durar tempo suficiente para ser útil na fotosíntese ?
A maioria dos físicos teriam suposto que , em temperaturas ambientes, o caos molecular desse micro ambiente celular destruiria a coerência quase que intantâneamente.

Simulações de computador efetuadas por Lloyd e colaboradores sugerem uma resposta: O “barulho”(tudo que se opõe a comunicação) casualizado do ambiente poderá na verdade intensificar a eficiência da transferência energética na fotossíntese ao invés de degradá-la. Então, o que se passa é que um exciton pode, algumas vezes ser atrapado ( aprisionado ) em lugares específicos da cadeia fotossintética, porém simulações sugerem que o “barulho”( noise ) poderá “sacudi-lo”, liberando-o de forma gentil o suficiente para não destruir a sua “coerência quantica”.
Na verdade, diz Lloyd “o ambiente libera o exciton e o pemite ir ao seu destino”.
A fotossíntese não é o único exemplo dos efeitos quânticos na Natureza.
Por exemplo, os pesquisadores sabem a vários anos que em algumas reações catalizadas por enzimas (4) , os protons se movem de uma molécila para outra pelo fenômeno mecânico-quântico de tunelamento, no qual uma partícula passa por uma barreira de energia ao invés de ter que reunir a energia necessária para supera-la.

Ou seja, todo esse processo poderá ser muito complexo mas, no entanto, plantas, algas e bactérias o executam a todo o instante.

E uma nova teoria sobre a sensação olfativa alega que o cheiro advém da sensação bioquímica da vibração das moléculas, um proceso que involve o tunelamento entre a molécula responsável pelo odor e o receptor ao qual ela se liga ( no nariz, em um inseto, etc… )

Tais exemplos estariam disseminados o suficiente na Natureza para justificar a criação de uma nova disciplina ? Robert Blankenship, um pesquisador de fotossíntese da Washington University em Saint Louis, Missouri, e co-author com Fleming na pesquisa em C. tepidum , admite certo seticismo. “Minha visão é de que existem alguns casos , como os que já conhecemos, aonde esses efeitos são importantes “ afirma ele, “mais vários não significam a maioria”, porém Scholes acredita que existem bases para o otimismo, dado a definição ampla de Quantum Biology. “Eu realmente acredito que existem outros exemplos em Biologia aonde um entendimento ao nível da Mecânica Quântica nos ajudará a admirar mais profundamente como todo o processo funciona “, diz ele.

Nesse momento é que entra em cena a nossa maior protagonista. A Rhodopseudomonas palustris. Uma bactéria do grupo PNSB ou seja Bactéria Púrpura Não Sulfurosa. Altamente adaptável devido aos seus quatro tipos de metabolismo. Facilmente encontrada em fundo de lagos e represas, locais alagados como em banhados e (pasmem) no trato intestinal de minhocas.

Retira a energia para viver e se reproduzir do Sol, por ser fotosintética, ou de compostos orgânicos ou do Dióxido de Carbono, de forma aeróbica, anaeróbica ou microaeróbica, o que é uma vantagem significativa sobre as demais bactérias.
No meu entendimento, grande parte do sucesso do E.M. ( Efficient Microorganisms ) está em realmente tê-la como um dos seus componentes principais. Também especulo que ela deve estar ligada ao sucesso do humus de minhocas. O extrato de humus seria uma forma de obte-la e aplicá-la.

Vejam por exemplo essas duas fórmulas de dois produtos comerciais vendidos nos EUA e na Europa, os quais declaram os seguintes microrganismos ( 3 ):

• –  Lactobacillus plantarum
• –  Lactobacillus casei
• –  Lactobacillus fermentum
• –  Lactobacillus delbrueckii
• –  Bacillus subtilis
• –  Saccharomyces cerevisae
• –  Rhodopseudomonas palustris

Talvez existam algumas outras não declaradas. Uma outra embalagem de um outro produto semelhante declara existir 14 espécies e, de novo, provavelmente algumas outras não declaradas ( 2 )

• –  Bacillus subtilis
• –  Bifidobacterium animalis
• –  Bifidobacterium bifidum
• –  Bifidobacterium longum
• –  Lactobacillus acidophilus
• –  Lactobacillus casei
• –  Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus
• –  Lactobacillus fermentum
• –  Lactobacillus plantarum
• –  Lactobacillus lactis subsp. lactis
• –  Rhodopsudomonas palustris
• –  Rhodopseudomonas sphaeroides
• –  Saccharomyces cerevisae
• –  Streptococcus thermophilus

Então, temos dois produtos comerciais do tipo EM-1, de alta qualidade, tipo cultura- mãe , que depois será multiplicado ( os fabricantes chamam de ativação ) as quais contém três grandes grupos de micro organismos, a saber uma ou mais PNSB sendo a Rhodopseudomonas palustris talvez a principal, Bactérias lacticas ou Lactobacillus e Leveduras ou até mesmo actinomicetos não declarados.

Footer especula que o E,M. é estruturado da seguinre maneira : Um núcleo formado pelas PNSBs, em particular Rhodopseudomonas palustris, e dois círculos externos que o protejem e lhes dão o alimento necessário. Bactérias láticas que produzem acidos orgânicos como láctico, e que são muito importantes para o consórcio por propiciarem as condições ácidas, que excluiriam outros tipos indesejáveis de bactérias, e também de leveduras, que decompõe açucares. Durante esse processo de decomposição são produzidas vitaminas, hormônios e amino-ácidos.

As fotosintéticas são, então, dependentes desses dois outros grupos que lhes proporcionam as condições ideais para sobreviver e prosperar. Mas, por outro lado, elas proporcionam elementos vitais para os organismos nesses dois outros grupos.
A razão pela qual as fotossintéticas ocupam o lugar central nesse consórcio não é apenas porque elas são nutridas e alimentadas por eles, mas porque são o coração e a razão pela “mágica” do E.M. e de outros consórcios.

A Rhododopseudomonas palustris já é bastante conhecida por suas caracteristicas mais estudadas como :

• –  Aumento da produção de Clorofila a e b ( 7 )
• –  Produção de IAA e 5- ALA ( 5, 7, 8 )
• –  Produção de outras Substâncias Promotoras do Crescimento ( 5, 6, 7, 8, 9 )
• –  Fixação Biológica de Nitrogênio ( 5, 6, 7 )
• –  Solubilização de poli Fosfatos ( 6 )
• –  Contrôle de Doenças Virais ( TMV ) ( 7 )
• –  Aumento da Eficiência do Uso do Nitrogênio ( N.U.E. ) ( 5, 7 )
• –  Aumento da Resistência a sêca e Alivio de Stress Abiótico ( 5, 7, 9 )
• –  Inteiração com outras comunidades microbianas do solo para a melhoria dasua saúde, estruturação e fertilidade ( 7 ), vide Yamakawa Program.
• –  Controle Biológico ( 7 )
• –  Redução da produção de Metano em cultivos de Arroz Inundado ( 5, 6 )
• –  Produção de poliaminas Promotoras de Crescimento ( 9 )
• –  Uso como inoculante para a melhoria da germinação ( 9 )
• –  Bioremediação imobilizando metais pesados ( 5, 6, 7 )
• –  Produção de Biocombustíveis ( 6 ,7 )
• –  Melhoria da qualidade nutricional das culturas ( Brix, carotenoides, ácidoascórbico, ácido cítrico ) ( 6, 7

• As PNSB basicamente usam a biofertilização, a bioestimulação e o biocontrôle para promover o crescimento vegetal ( 7 ). Recentemente o seu uso foi regulamentado pela União Europeia, Resolução EU 2019/1009 como : “Um bioestimulante vegetal deveráser um produto fertilizante EU cuja função é estimular os processos de nutrição vegetal independentemente da composição química do produto com o único objetivo de melhorar uma ou mais características da planta ou de sua rizosfera: ( i ) eficiência do uso do nutriente, ( ii ) tolerância ao stress abiótico, ( iii ) atributos de qualidade, ( iv ) disponibilidade de nutrientes confinados no solo ou na rizosfera”( EU, 2019 ).

Os PNSB preenchem todas essas características incluindo a Rhodopseudomonas palustris. Uma das características principais dessa bactéria é que pode ser produzida em larga escala utilizando de meios de cultura de baixo custo ( 5 )

De todos essas qualidades da Rhodopseudomonas palustris e de outas PNSB, elencadas acima talvez seja a produção de 5 – Ácido Amino Levulínico, uma mais importantes.

O 5-ALA é um precursor da clorofila que pode atuar como estimulante do crescimento vegetal nas plantas . Aumentos de 10 a 60% foram observados em diversas culturas . Um dos seus usos que estão sendo estudados no momento inclue o seu uso como herbicida e inseticida vegetal naturais. Ela é a substância central na molécula de clorofila. Ela regula a expressão da absorção de NH4+ para acelerar a absorção do NH4+, a formação direta de amino ácidos, encurtando os caminhos metabólicos. Melhora a absorção de luz, resistência ao frio e ao sal , melhora a eficiência da absorção dos fertilizantes.

Mas talvez uma das razões para que essa substância, a 5-ALA, exerça os seus efeitos talvez seja pela sua reconhecida capacidade de promover o aumento radicular por meio da modulação do transporte da auxina ( 10 ). Também muito importante na manutenção da saúde das mitocôndrias e na conversão dos nutrientes celulares em energia.

A Rhodopseudomonas palustris é uma ferramenta poderosíssima que poderá ser produzida a partir de uma vasta opções de substratos, como efluentes de frigoríficos ( 5 ) até formulações específicas que poderão ser produzidas na propriedade ( On Farm ) beneficiando e tornando o agricultor cada vez mais auto suficiente ou, como gostam alguns, sustentáveis.

José Luiz M. Garcia
Instituto de Agricultura Biológica

Fevereiro de 2023

Referências Bibliográficas

1. Ball, Philip ( 2011) The Dawn of Quantum Biology, NATURE, Vol. 474, 272 – 274.
2. Carvalho, Olavo. A palavra-gatilho, Diario do Comércio, 8/Junho/ 2012. https://olavodecarvalho.org/a-palavra-gatilho/
3. Foster, Adam (2014) BOKASHI COMPOSTING, New Society Publishing, Canada, 163 pgs.
4. Ball. Philip (2004) By chance , or by design ?, NATURE, Vol.431: 396-397.

5. Sabki, M.H., et all ( 2021 ) The Potential od Rhodopseudomonas palustris as a Bio-Fertilizer for Sustainable Agriculture, Chemical Engeneering Transactios, vol.88, 457-462.
6. Sakarika, M. et all ( 2020 ) Purple Non Sulphur Bacteria for Fertilization, and Plant Production: Benefits for fertilization, stress resistance and the environment, Microbial Technology, Vol. 13 (5) : 1336-1365.
7. Sook-Kuan Lee,et all ( 2021 ) From Lab to Farm : Elucidating the Benefitial Roles of Photosynthetic Bacteria in Sustainable Agriculture, Microorganisms, vol.9, 2453.
8. Novak, M. et all ( 2017) Characteristics and selection of cultures of photosynthetic purple non-sulphur bacteria as a potential 5 – aminolevulinic acid producers, Croatian Journal of Food Technology, Biotechnology and Nutrition, 12(3-4), 113-119.
9. Rajpal, C. & , Pushpa C.Tomar ( 2020 ) Cadaverine : A Diamine presence & Role in Plants , Plant Archives, Vol. 20, Supplement 2, 1754-1763.
10. An, Yuyan et all ( 2019) 5- Aminolevulinic Acid (ALA) promotes primary root elongation through modulation of auxin transport in Arabdopsis, Acta Physiologiae Plantarum, 41, Article Number : 85 ( 2019 )