Como vírus assassinos e dietas de algas podem reduzir drasticamente as emissões de metano

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Felizmente, os micróbios produtores de metano no próprio intestino são “alimentos” caçados por inimigos ainda menores: vírus.

Os vírus pousam no micróbio, como um rover da NASA pousando em Marte, penetrando fora do organismo e injetando seu próprio código genético. Ao fazer isso, eles destroem os micróbios. Os cientistas acreditam que podem se unir aos vírus para controlar os micróbios ou metanógenos produtores de metano nos intestinos de animais de fazenda ou para sintetizar novos compostos que reduzem as emissões de metano. E esse não é o único aliado em potencial a quem eles recorreram.

Os pesquisadores também Investigação do potencial das algas para neutralizar o metano no intestino. A introdução de pequenas quantidades de algas vermelhas na alimentação do gado reduziu as emissões de metano em cerca de 80%. O desenvolvimento de estratégias de redução como essas poderia reduzir as emissões de metano da agricultura sem prejudicar a saúde geral dos animais.

Como Líderes mundiais, ativistas e acadêmicos se reúnem em Glasgow, Escócia, para a COP26, a primeira conferência das Nações Unidas sobre mudanças climáticas, a CNET Science examina alguns dos avanços tecnológicos que estão sendo desenvolvidos para enfrentar a crise climática. A tecnologia pode nos ajudar a adaptar ou mitigar os efeitos das mudanças climáticas, mas sozinha não é uma solução para o problema. Para limitar o aquecimento global a 1,5 graus Celsius até o final do século, é necessária uma redução drástica nas emissões de CO2 – o principal objetivo do Acordo de Paris de 2015.

No entanto, a pesquisa e o desenvolvimento de novas tecnologias permitirão que outras ferramentas sejam adicionadas ao kit de ferramentas sobre mudanças climáticas. Os vírus que matam micróbios que vivem naturalmente no intestino de uma vaca podem ser uma ferramenta. Algas, outro. Então, como podemos usá-lo?

A vida é dividida em três “domínios”. Eukarya, que inclui tudo, de cogumelos a sapos, vacas e humanos, contém apenas uma pequena fração de todos os organismos da Terra. É ofuscado pelos outros dois domínios: bactérias e archaea.

Esses dois domínios consistem em todos os micróbios unicelulares que são invisíveis a olho nu e colonizaram praticamente todos os cantos do planeta. Bactérias e arqueas parecem semelhantes ao microscópio, mas diferem na estrutura de suas paredes celulares.

Archaea são encontrados em alguns dos ambientes mais extremos do mundo – algumas espécies prosperam nas águas ferventes perto de fontes hidrotermais, enquanto outras podem suportar níveis extremos de radiação ionizante. De acordo com Rosalind Gilbert, do Departamento de Agricultura e Pesca de Queensland, o intestino de uma vaca não é tão selvagem quanto alguns desses ambientes, mas é um ambiente incomum com uma grande variedade de microrganismos.

Os fagos são organismos extremamente incomuns que se parecem com aterrissadores alienígenas. Esta ilustração mostra um bacteriófago pousando em uma membrana bacteriana.

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As arqueias são os locais de produção mais importantes de metano. Eles pegam dióxido de carbono e hidrogênio produzidos por outras bactérias (e fungos) e cospem metano. Nesse processo, pode-se perder entre 2% e 12% da energia da ração – essa é a energia que pode ser convertida em proteína para ajudar a vaca a ganhar massa ou em leite para laticínios. Se as fábricas de metano forem destruídas ou fechadas, a vaca obtém mais energia de sua alimentação e emite menos gases de efeito estufa.

E é aí que os vírus entram. “Onde quer que você tenha populações bacterianas, as populações de vírus também estão associadas a elas”, diz Gilbert. O mesmo vale para archaea. Eles também gostam de caçar vírus.

Os vírus que atacam bactérias e archaea são conhecidos como “fagos”, do grego “consumir”. Identificar os fagos no intestino de uma vaca que atacam naturalmente os metanogênicos ofereceria uma oportunidade única para reduzir as emissões de metano.

Gilbert recentemente liderou uma busca por fagos no intestino de uma vaca, mas diz que foi um projeto difícil porque os micróbios dos quais os vírus se alimentam são difíceis de crescer em laboratório. Infelizmente, sua equipe não conseguiu localizar nenhum fago, mas no futuro pode ser possível encontrar vírus que infectam as archaea e as fazem explodir.

Examinar o DNA desses fagos pode dar resultados ainda melhores.

Os vírus que infectam archaea são alguns dos microrganismos menos compreendidos na Terra. Apenas algumas dezenas de arqueáfagos que atacam metanógenos foram descobertos e descritos. Graças aos avanços nas técnicas de sequenciamento de DNA na última década, os cientistas estão começando a aprender mais sobre elas – mesmo que não consigam encontrá-las ao microscópio.

Quando um arqueáfago infecta um micróbio, às vezes ele se integra ao DNA do organismo e deixa uma impressão digital de sua existência. Se você pensar no DNA como um livro, é como se o fago copiasse seu próprio livro Dentro de a arqueia; uma cópia da Pedra Filosofal no Cálice de Fogo. Essa cópia do DNA é chamada de profago.

Os pesquisadores podem trabalhar para trás e examinar o profago para identificar proteínas e enzimas que podem ser usadas para atacar a membrana externa do micróbio. Gilbert diz que é mais fácil encontrar as enzimas virais que quebram os metanogênicos do que encontrar os vírus e cultivá-los para atender às nossas necessidades.

Uma busca por enzimas já produziu os primeiros resultados positivos.

Um grupo de pesquisadores da Nova Zelândia conseguiu isolar uma enzima capaz de quebrar metanogênios e introduzi-los em uma nanopartícula. Quando a nanopartícula foi liberada para culturas de metanogênios em laboratório, foi capaz de inibir a produção de metano. Em particular, o estudo de viabilidade mostrou que a enzima tem efeitos de longo alcance contra várias espécies metanogênicas.

“Ainda não se desenvolveu em algo que possa ser entregue às vacas”, diz Gilbert.

O que já é entregue na forma de ração para vacas vem fresco do mar.

Em meados de 2020, os cientistas mostraram que a adição de pequenas quantidades de algas vermelhas, Asparagopsis taxiformis, à alimentação das vacas reduzia as emissões de metano em até 98% – sem efeitos negativos para a saúde.

Outro estudo publicado em março de 2021 na revista PLOS One mostrou uma redução na produção de metano em bovinos em mais de 80%. O experimento durou três semanas e as comunidades microbianas não pareceram desenvolver qualquer resistência às algas.

Existem também algumas vantagens significativas sobre o uso de vírus naturais ou enzimas virais. Você não precisa de um laboratório para fazê-lo, e é comum nos climas tropicais do mundo e restringe os movimentos da cadeia de suprimentos com uso intensivo de carbono. Empresas como a FutureFeed, fundada em 2020 pelo principal órgão científico da Austrália, CSIRO, já estão tentando estabelecer a cadeia de fornecimento de algas.

As algas vermelhas, um tipo de alga, são usadas para reduzir as emissões de metano do gado.

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As algas contêm um produto químico de cheiro doce conhecido como bromofórmio, que bloqueia a via de produção de metano em archaea e demonstrou reduzir a quantidade de metanogênios na cultura. Isso também ajuda a liberar dióxido de carbono e hidrogênio no intestino, que podem fornecer energia para outros microrganismos e até ajudar a vaca a engordar. “É energeticamente benéfico porque, em vez de perder o carbono, eles mesmos o usam”, diz Gilbert.

É importante que a adição de algas no teste em bovinos não alterou nem a qualidade da carne nem as propriedades sensoriais dos bifes – um benefício para produtores e consumidores.

Uma das questões mais importantes a serem respondidas, no entanto, é se o bromofórmio liberado no intestino da vaca pode voltar para a atmosfera. O bromofórmio pode se tornar uma substância destruidora da camada de ozônio, por isso é importante calcular seu impacto potencial na atmosfera antes que os agricultores façam a mudança final para as algas.

Outro composto conhecido como 3-nitrooxipropanol (3-NOP) tem efeito semelhante em ruminantes, mas apresenta uma redução mais modesta nas emissões e pode afetar a produção de leite e o teor de gordura. A pesquisa sobre ambos está em andamento.

É provável que mais 2 bilhões de pessoas vivam no planeta até 2050. Esses 2 bilhões de estômagos adicionais precisarão de comida e, à medida que países em desenvolvimento como China e Índia continuam a prosperar, a demanda por carne pode aumentar em quase 75%.

É uma equação simples como está: mais carne significa mais metano.

O estranho mundo no intestino de uma vaca oferece a possibilidade de dissociar esse aumento na produção de carne de um aumento no metano. Nas últimas décadas, os cientistas exploraram a vida selvagem que o mundo alienígena chama de lar. Compreender os vírus assassinos que atacam micróbios e descobrir uma alga inibidora de metano eficaz são apenas duas maneiras de aprender a evitar arrotos de vacas.

Mas esses avanços por si só não serão suficientes para evitar os piores efeitos das mudanças climáticas. Talvez ainda precisemos reduzir o consumo de carne, aumentar a eficiência alimentar do gado, melhorar as práticas de uso da terra e talvez até aumentar a quantidade de carne sintética Lugares como Comidas Impossíveisque incluímos em nossa dieta.

Se não pudermos controlar os metanogênicos e reduzir drasticamente nossas emissões de CO2, nosso mundo poderá se tornar cada vez mais alienígena – mais quente, mais seco e muito mais extremo.

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