Sistemas ômicos integrais: visão holística, inovadora e sustentável para alimentar o mundo no ano de 2050?

Resumo

As relações que nós seres humanos construímos com microrganismos, plantas e animais permitiram que nossa
sociedade moderna se desenvolvesse tecnologicamente. Populações humanas na antiguidade alimentavam-se da
caça, pesca, coleta de plantas e/ou seus produtos. Posteriormente, a domesticação de organismos para culturas
alimentares começou no início do Holoceno (~11.700 anos); mas não foi até o início da era neolítica (~10-11 mil
anos) que tecnologias rudimentares foram desenvolvidas para esse fim. Essas condições permitiram o surgimento
de sociedades agrícolas na Eurásia, Norte da África, América Central e do Sul. No caso específico da aquicultura,
o início desta atividade remonta a aproximadamente 4.000 anos na China. Desde suas origens, essas atividades
ancestrais têm motivado o ser humano a criar sistemas tecnológicos que melhorem os índices de produção agrícola
e atendam às demandas alimentares. Portanto, não é por acaso que muitos dos avanços tecnológicos e científicos
modernos estão ligados a aplicações na produção agrícola e aquícola.
Segundo diversos organismos internacionais, espera-se um aumento considerável da população humana (9,9 bilhões
de pessoas) até 2050, com a consequente demanda por alimentos e recursos ambientais. Algumas estratégias
começaram a ser desenvolvidas para evitar a escassez de alimentos nas próximas três décadas. Nesse cenário, é
prioritário aumentar o rendimento das culturas e melhorar os sistemas globais de produção de alimentos. Para atingir
tais objetivos, é necessária uma melhor compreensão da estrutura funcional dos genes e genomas, bem como
da resposta fisiológica dos organismos às mudanças dietéticas e/ou ambientais.
Nas últimas décadas, o acesso da humanidade a uma grande quantidade de informações aumentou substancialmente.
No caso das ciências biológicas, isso não foi exceção. Atualmente existe uma abordagem holística chamada
Biologia de Sistemas que representa com modelos matemáticos as interações dos elementos que influenciam os
processos biológicos. Para compreender os fenômenos em nível molecular, as análises são realizadas por meio da
aplicação das ciências ômicas, que permitem quantificar e caracterizar grupos de moléculas envolvidas na estrutura
ou função biológica de uma célula, tecido ou organismo sob condições e tempo particulares.
Genômica, Proteômica e Metabolômica são ciências ômicas que estudam as relações moleculares que genes, proteínas
e metabólitos apresentam com um determinado fenótipo final. Além disso, há uma multiplicidade de ciências
ômicas em torno dessas três principais, algumas das mais utilizadas são: a transcriptômica, que estuda quais genes
estão ativos ou expressos, e a epigenômica, que estuda como controla-se a atividade ou expressão dos genes no
nível do DNA. Ambas as disciplinas ajudam a descrever como o ambiente (medicamentos, dietas, comportamento,
interações, radiação, clima, poluição, etc.) modula a expressão de certos genes. Além das ciências anteriores, existe
a Microbiômica, que estuda as mudanças nas populações de microrganismos em diversos ambientes (solo, água,
ar, alimentos, corpos de animais, etc.), quando um fator externo muda sua qualidade ou quantidade (alimentação,
temperatura, fotoperíodo, interação social, etc.).
Nos últimos anos, foi possível obter a sequência genômica de alguns dos organismos e microrganismos que são
cultivados no mundo. Essas informações foram usadas para avaliar sua arquitetura molecular, estrutura e complexidade,
bem como para descrever certas características genômicas únicas que possuem. Em algumas linhagens
genéticas de organismos terrestres e aquícolas, foram identificados marcadores moleculares que permitem uma conexão
de genes específicos com características fenotípicas de desempenho produtivo e características econômicas importantes (melhores taxas de conversão alimentar, crescimento acelerado, eficiência reprodutiva, qualidade do
produto, suscetibilidade a doenças, entre outros).