Pequeno e praticamente desconhecido fora dos laboratórios. Parhyale hawaiensis, um crustáceo de menos de um centímetro está ajudando cientistas brasileiros a responder uma das perguntas mais urgentes da atualidade: quais são os impactos dos contaminantes químicos sobre os ecossistemas? Essa é apenas uma das questões investigadas pela Profa. Dra. Gisela de Aragão Umbuzeiro e sua equipe no Laboratório de Ecotoxicologia e Genotoxicidade (LAEG), da Faculdade de Tecnologia da Unicamp, em Limeira.

Para conhecer melhor as pesquisas que vêm colocando o laboratório em destaque internacional, o Farmaco em Foco conversou com a Profa. Gisela, a pesquisadora de pós-doutorado Dra. Natália de Farias, a doutoranda Ma. Gabriely Fernanda Groto Militão, a mestranda Giovanna Rodrigues de Melo e as estudantes de iniciação científica Amanda Rocha Rodrigues, Jéssica Camila Miranda Cardoso e Julya Cabral de Moura Tavares.

Uma referência internacional em ecotoxicologia

Profa. Gisela é bióloga, mestra e doutora em Genética pela Unicamp. Atuou por mais de duas décadas na Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb), experiência que contribuiu para aproximar a pesquisa acadêmica dos desafios reais enfrentados na gestão da qualidade ambiental.

Ao longo de sua trajetória, Gisela tornou-se uma das principais especialistas brasileiras em mutagênese ambiental, ecotoxicologia e toxicologia regulatória. Seu trabalho tem contribuído para a compreensão dos impactos de contaminantes químicos sobre organismos vivos e ecossistemas.

Este ano, a pesquisadora foi incluída novamente entre os cientistas  mais influentes do mundo na área de ciências ambientais, segundo levantamento internacional publicado pelo portal acadêmico Research.com.

A pesquisadora participou da elaboração e da revisão de regulamentações nacionais e integrou iniciativas internacionais ligadas à avaliação de riscos ambientais de substâncias químicas. Além disso, suas pesquisas fornecem base para a elaboração de políticas públicas relacionadas à qualidade da água e à proteção ambiental.

Desde 2009, Profa. Gisela coordena o Laboratório de Ecotoxicologia e Genotoxicidade (LAEG), da Faculdade de Tecnologia da Unicamp, em Limeira. Além da investigação dos efeitos de contaminantes ambientais, o LAEG desenvolve novos métodos para o monitoramento ambiental dos riscos que esses contaminantes oferecem.

Natural não significa seguro

Como comentado anteriormente, Profa. Gisela desenvolve pesquisas em uma área chamada Ecotoxicologia. Essa é a área que estuda como substâncias químicas e outros poluentes afetam os seres vivos e os ecossistemas. Nesse contexto, Profa. Gisela investiga os efeitos de diversas substâncias químicas, mas um grupo é o carro-chefe do LAEG: os corantes.

Os corantes estão presentes em roupas, cosméticos, alimentos, embalagens e inúmeros produtos do cotidiano. Apesar dessa presença constante, seus impactos ambientais ainda recebem relativamente pouca atenção da comunidade científica.

“Corantes estão com a gente há anos e milênios e nunca entrou na moda pesquisar isso”, comenta Profa. Gisela. Ao longo de décadas de trabalho, sua persistência em investigar o tema transformou Profa. Gisela e o LAEG em uma referência internacional na área.

Um dos focos das pesquisas é compreender se determinados corantes são tóxicos e como eles causam danos aos organismos vivos. Essas pesquisas têm ganhado atenção das indústrias, já que cresce cada vez mais o interesse por alternativas mais sustentáveis.

À primeira vista, os chamados corantes naturais parecem representar uma solução mais amigável ao meio ambiente. No entanto, os resultados obtidos pelo LAEG mostram que a realidade é mais complexa.

Em um projeto internacional denominado BioColour, que reuniu pesquisadores da Finlândia, dos Estados Unidos e da Unicamp, o LAEG investigou os possíveis impactos de corantes obtidos a partir de fontes naturais.

Segundo a pesquisadora de pós-doutorado Dra. Natália de Farias, integrante da equipe, dois dos compostos estudados (a emodina e a alizarina) apresentaram resultados preocupantes. “Eles são super tóxicos, super mutagênicos e super genotóxicos”, relata.

Substâncias genotóxicas alteram ou causam dano ao DNA de um organismo. Já as substâncias mutagênicas são um tipo específico de substâncias genotóxicas que, ao afetarem o DNA, produzem mutações no organismo que podem até ser transmitidas para gerações futuras.

Os achados reforçam uma importante mensagem científica: natural não é sinônimo de seguro. Afinal de contas, até mesmo os venenos de cobras e escorpiões são produtos naturais, mas continuam perigosos.

Além da toxicidade dos corantes, há outros fatores a considerar, como, por exemplo, como ocorre a sua produção. Extrair pigmentos naturais em larga escala pode exigir grandes áreas de cultivo, elevado consumo de recursos e processos químicos complexos.

Por exemplo, se um corante natural vem de uma planta, é preciso fazer algumas perguntas, como comenta a Dra. Natália: “Será que eu vou precisar de uma plantação gigantesca? Isso é possível? Será que os processos de extração desses corantes usam solventes muito tóxicos ou menos tóxicos?”

A preocupação é especialmente relevante para a indústria têxtil, uma das maiores consumidoras de água do mundo. Durante os processos de tingimento, grandes volumes de efluentes contendo corantes e outros produtos químicos podem ser liberados no ambiente.

Além disso, em muitos casos, para fixar os corantes em tecidos precisamos usar substâncias chamadas mordentes. Os mordentes são frequentemente à base de metais, o que por si só pode ser um contaminante ambiental.

Dra. Natália comenta: “Corante natural normalmente não adere bem a uma fibra de tecido, então você normalmente tem que usar um mordente. Será que isso é melhor ou pior do que trabalhar com corante sintético?”

Por isso, compreender os efeitos ecotoxicológicos dessas substâncias é fundamental para avaliar se alternativas consideradas “verdes” realmente representam uma solução mais sustentável.

Um pequeno crustáceo para responder grandes questões ambientais

Entender os efeitos dos corantes e de outros contaminantes sobre os ecossistemas exige o uso de organismos vivos. O LAEG tem se diferenciado e ganhado relevância por investir no desenvolvimento de uma nova ferramenta para a ecotoxicologia: o pequeno crustáceo marinho Parhyale hawaiensis, animal também chamado de anfípode.

À primeira vista, o animal pode parecer uma escolha incomum. Afinal, poucos já ouviram falar dele. No entanto, ele reúne características que o tornam extremamente valioso para a pesquisa científica.

Há décadas, o Parhyale hawaiensis é utilizado por pesquisadores das áreas de evolução e biologia do desenvolvimento, o que significa que já existe uma enorme quantidade de informações disponíveis sobre sua genética, fisiologia e ciclo de vida.

Segundo a Profa. Gisela, uma das grandes vantagens da espécie está justamente em sua riqueza genética. O crustáceo possui um genoma surpreendentemente grande: cerca de 30% mais DNA do que os seres humanos. Isso faz com que ele seja considerado por muitos pesquisadores uma espécie que oferece uma ampla gama de processos biológicos que podem ser estudados em laboratório.

A história da chegada do animal ao LAEG é muito curiosa e envolve uma dose de acaso. Inicialmente, a equipe buscava outro organismo marinho para seus estudos. Durante uma coleta em Itanhaém, no litoral de São Paulo, os pesquisadores trouxeram diferentes espécies para o laboratório.

As espécies que eles desejam estudar não sobreviveram. Mas, em compensação, a Parhyale hawaiensis continuou firme e forte. Num primeiro momento, Profa. Gisela não conhecia o pequeno crustáceo e precisou identifica-lo. “Quando eu coloquei Parhyale hawaiensis no Google, eu falei: meu Deus, esse bicho veio porque ele queria muito ser estudado“, relembra Gisela, em tom bem-humorado.

A descoberta foi especialmente importante porque a espécie ocorre naturalmente em regiões tropicais, incluindo o litoral brasileiro. Isso representa uma vantagem significativa para a ecotoxicologia nacional.

Grande parte dos testes ambientais foi desenvolvida em países com outros climas, como o clima temperado. Assim, utilizam organismos que nem sempre refletem adequadamente as condições encontradas nos ecossistemas tropicais. O Parhyale hawaiensis, por outro lado, permite gerar dados mais representativos para o Brasil e para outros países do chamado Sul Global.

Além disso, o desenvolvimento dos métodos experimentais com a espécie foi planejado desde o início para seguir as chamadas New Approach Methodologies (NAMs), um conjunto de abordagens que busca tornar a pesquisa mais ética e sustentável.

De organismo-modelo ambiental à triagem de novas drogas

À medida que os métodos desenvolvidos pelo LAEG avançam, a Parhyale hawaiensis começa a despontar como uma ferramenta promissora para a triagem rápida de substâncias químicas. No passado, outros organismos começaram a ser usados em uma área específica da pesquisa e, pouco a pouco, tiveram suas aplicações ampliadas.

O peixe-zebra (zebrafish), por exemplo, começou sendo empregado principalmente em estudos de toxicidade e desenvolvimento embrionário, mas hoje também é utilizado na descoberta e na avaliação preliminar de novos medicamentos. Segundo a Profa. Gisela, a Parhyale hawaiensis pode seguir um caminho semelhante.

Como a Parhyale hawaiensis é um organismo pequeno, com poucos milímetros de comprimento, requer o uso de quantidades reduzidas das substâncias químicas cujos efeitos estão sendo avaliados. Pense da seguinte forma: a quantidade necessária de um anestésico será muito menor para um gatinho que para um elefante. Agora imagine isso para um animal minúsculo como a Parhyale hawaiensis.

Isso é extremamente vantajoso se considerarmos que as metodologias com Parhyale hawaiensis também podem ser utilizadas para investigar se novas substâncias químicas apresentam efeitos tóxicos ou até terapêuticos, especialmente no caso de compostos raros, caros ou disponíveis apenas em pequenas quantidades.

É justamente essa vantagem que está sendo explorada pela doutoranda Ma. Gabriely Militão. Ela investiga as chamadas Novas Substâncias Psicoativas (NSPs). Popularmente conhecidas como “drogas sintéticas”, essas moléculas são desenvolvidas para produzir efeitos semelhantes aos de drogas ilícitas já conhecidas, mas com pequenas modificações químicas que frequentemente dificultam sua identificação e regulamentação.

Muitas vezes, essas NSPs são apreendidas em quantidades extremamente pequenas pelas autoridades policiais. Para métodos que utilizam outros animais, como ratos e camundongos, a quantidade apreendida seria insuficiente para realizar qualquer estudo.

Ma. Gabriely investiga os efeitos de duas NSPs representativas de classes que vêm ganhando destaque mundial. A primeira NSP é a eutilona, uma catinona sintética, isso é, um parente estrutural próxima das anfetaminas. A segunda NSP é o MDMB-4en-PINACA, um canabinoide sintético, ou seja, uma substância semelhante às encontradas na maconha.

Ambas as NSPs estudadas por Gabriely são capazes de atuar sobre o sistema nervoso central e estão associadas a riscos ainda pouco compreendidos para a saúde humana e para os ecossistemas.

Se os resultados forem promissores, a Parhyale hawaiensis poderá se tornar uma ferramenta valiosa para a avaliação inicial de novas substâncias químicas, ajudando pesquisadores a identificar rapidamente compostos potencialmente perigosos.

Os desafios de trabalhar com um organismo de poucos milímetros

Apesar do enorme potencial científico da Parhyale hawaiensis, utilizá-la em experimentos não é uma tarefa simples. Diferente de espécies amplamente utilizadas em laboratórios ao redor do mundo, cada novo método precisa ser desenvolvido, testado e validado praticamente do zero.

O primeiro desafio começa antes mesmo dos experimentos. Embora o laboratório esteja localizado em Limeira, no interior de São Paulo, a Parhyale hawaiensis é uma espécie marinha. Isso significa que os pesquisadores precisam reproduzir, dentro do laboratório, condições semelhantes às encontradas no oceano.

“A gente tem que trazer a praia para Limeira“, resume a Profa. Gisela. Mas, para a pesquisadora, esse esforço vale a pena porque reduz a dependência da coleta contínua de animais na natureza, o que poderia até mesmo colocar uma espécie em risco de extinção.

Outro desafio surge justamente de uma das características que tornam a espécie tão atrativa: seu tamanho reduzido. Investigar estruturas internas tão pequenas exige o desenvolvimento de técnicas altamente especializadas e difíceis de serem dominadas pelos pesquisadores.

Nos últimos anos, a equipe do LAEG tem avançado em estudos que pareciam improváveis para um organismo desse porte. Entre eles estão análises do DNA de espermatozoides e avaliações de células sanguíneas.

“Quando você olha o tamanho do organismo, você fala: é impossível”, comenta Gisela. “São coisas desafiadoras até quando eu só falo, imagina fazer.”

Dentro desse esforço de ampliar as ferramentas disponíveis para Parhyale hawaiensis, a mestranda Giovanna Melo desenvolve um projeto voltado ao aprimoramento de métodos de avaliação de danos celulares e genéticos na espécie.

A proposta inclui a análise da expressão de genes envolvidos na reparação do DNA. Isso é importante porque indica como o organismo consegue corrigir danos no seu material genético, ajudando a entender sua capacidade de resistir ou se recuperar da exposição a substâncias tóxicas.

Giovanna também busca fazer uma cultura celular de hemócitos de Parhyale hawaiensis. Hemócitos são células presentes na hemolinfa (“sangue”) desses organismos, com funções semelhantes às células de defesa em outros animais. Poder cultivar essas células permitiria investigar como esse mecanismo de defesa responde aos contaminantes.

Entendendo o que acontece dentro do organismo

Tradicionalmente, os estudos em ecotoxicologia concentram-se em efeitos mais evidentes, como a mortalidade. Embora isso seja fundamental para a avaliação de riscos ambientais, esses efeitos contam apenas parte da história.

“Não adianta só proteger o organismo e ele ficar com o comportamento abobalhado e ser predado o tempo todo“, explica Gisela.

É nesse contexto que o laboratório vem investindo no desenvolvimento de ferramentas para investigar a neurotoxicidade em Parhyale hawaiensis. O objetivo é entender como diferentes substâncias químicas podem afetar o sistema nervoso e, consequentemente, o comportamento dos organismos.

Segundo a estudante de iniciação científica Amanda Rodrigues, que está desenvolvendo um estudo na área, o projeto é bastante ambicioso. Amanda pretende avaliar desde estruturas do cérebro e das antenas, até alterações no comportamento da Parhyale hawaiensis.

Essa combinação de ferramentas permite detectar efeitos que seriam invisíveis em avaliações tradicionais. Um organismo pode sobreviver à exposição a uma substância química, mas apresentar dificuldades para encontrar alimento, escapar de predadores ou se reproduzir adequadamente. Ao longo do tempo, essas alterações podem comprometer populações inteiras.

Sobreviver não significa estar saudável

Os estudos de neurotoxicidade desenvolvidos no LAEG mostram que avaliar apenas a sobrevivência dos organismos não é suficiente para compreender os impactos reais dos contaminantes ambientais.

É justamente nessa linha que o LAEG investiga os impactos da 6PPD-quinona, um contaminante que vem despertando preocupação crescente entre cientistas e órgãos reguladores ao redor do mundo.

Essa substância é formada a partir da transformação do 6PPD, um aditivo amplamente utilizado na fabricação de pneus. À medida que os pneus se desgastam durante o uso, partículas microscópicas são liberadas no asfalto. Em contato com o ozônio presente na atmosfera, o 6PPD é convertido em 6PPD-quinona, que pode ser carregada pela água da chuva para rios, córregos e outros corpos de água.

A preocupação internacional com esse contaminante ganhou força após a descoberta de que ele é capaz de provocar morte em algumas espécies de salmão mesmo em concentrações extremamente baixas.

Mas os pesquisadores acreditam que a mortalidade é apenas parte da história. Entre os resultados obtidos pelo LAEG está uma descoberta pioneira: a demonstração de que a 6PPD-quinona possui potencial mutagênico, ou seja, é capaz de induzir mutações.

“Fomos o primeiro grupo que mostrou a mutagenicidade da 6PPD-quinona“, destaca a Profa. Gisela.

Agora, uma das pesquisas em andamento busca entender como esse contaminante afeta o sistema imunológico e o desenvolvimento embrionário da Parhyale hawaiensis. O projeto é conduzido pela estudante de iniciação científica Jéssica Cardoso.

A estratégia inclui a exposição dos organismos adultos à substância e o acompanhamento dos descendentes gerados durante esse período. Dessa forma, é possível investigar se os efeitos da contaminação podem ser transmitidos de pais para filhos, algo que os resultados preliminares sugerem que pode estar acontecendo.

Essas informações podem se tornar particularmente importantes nos próximos anos. Diante das evidências de toxicidade da 6PPD-quinona, fabricantes de pneus já começam a buscar alternativas ao aditivo 6PPD. Quando novos substitutos forem desenvolvidos, será necessário avaliar cuidadosamente se eles realmente representam uma opção mais segura para o ambiente.

Do laboratório para o mar

Se estudos com contaminantes como a 6PPD-quinona ajudam a compreender os efeitos de substâncias específicas em organismos aquáticos, outra frente de pesquisa do LAEG busca responder a uma pergunta ainda mais desafiadora: o que acontece quando milhares de compostos diferentes chegam simultaneamente ao ambiente?

Essa questão é particularmente relevante nas regiões costeiras brasileiras, onde uma parcela significativa do esgoto doméstico é destinada ao oceano por meio dos chamados emissários submarinos. Essas estruturas consistem em longas tubulações instaladas no fundo do mar que transportam e lançam resíduos a quilômetros da costa.

“A gente fala muito de saneamento, mas a solução considerada avançada para boa parte do litoral é encaminhar o esgoto para o mar. A praia fica própria para banho, mas isso não significa que o problema desapareceu“, afirma Profa. Gisela.

Embora o esgoto passe por etapas de tratamento antes do descarte, diversos compostos podem permanecer presentes. Por isso, a aluna de doutorado Ma. Karin Critine Baldauf vem desenvolvendo estudos que colocam Parhyale hawaiensis em gaiolas posicionadas em áreas de interesse, onde os emissários submarinos lançam os resíduos.

Esse método é chamado de biomonitoramento ativo. Diferentemente das análises convencionais, que avaliam apenas a água ou os sedimentos, essa abordagem permite observar o que efetivamente entra nos organismos e se acumula em seus tecidos.

Os resultados iniciais têm revelado informações importantes. Em alguns casos, substâncias químicas foram detectadas nos organismos mesmo quando não eram encontradas nas amostras de água coletadas no local.

“Observamos compostos que aparecem no corpinho do animal, mas não aparecem na água”, relata Gisela. “Isso mostra a importância do biomonitoramento ativo.”

De vítimas da contaminação a heroínas

Enquanto os estudos com emissários submarinos mostram como contaminantes e resíduos podem se acumular em Parhyale hawaiensis, outra linha de pesquisa do LAEG busca atacar o problema pela origem: encontrar novas formas de reaproveitar resíduos antes que eles cheguem ao ambiente.

O projeto investiga uma aplicação inusitada para Parhyale hawaiensis: transformar resíduos da indústria têxtil em matéria-prima de alto valor agregado. Toneladas de resíduos são produzidas diariamente durante a fabricação e o descarte de roupas. Entre eles estão as fibras de algodão, que frequentemente acabam em aterros ou em ambientes aquáticos na forma de microfibras.

Embora o algodão seja um material de origem natural e biodegradável, isso não significa que sua degradação ocorra rapidamente. Os tratamentos químicos aplicados durante a fabricação dos tecidos podem aumentar sua persistência no ambiente, tornando seu descarte um desafio ambiental.

Uma característica pouco explorada da Parhyale hawaiensis pode fornecer uma solução para esse problema. Estudos mostram que esse organismo pode produzir enzimas capazes de degradar a celulose, principal componente das fibras de algodão. Ou seja, a Parhyale hawaiensis poderia comer essas fibras.

A hipótese é simples, mas ambiciosa: e se o organismo pudesse ser utilizado para consumir resíduos têxteis e transformá-los em um material útil?

Essa é a pergunta que orienta o projeto de iniciação científica da aluna Julya Tavares. Ela avalia se a Parhyale hawaiensis consegue sobreviver, crescer e se reproduzir quando alimentado com dietas contendo fibras de algodão.

O corpo da Parhyale hawaiensis contém um composto muito interessante: a quitina. A partir dela, é possível produzir quitosana, um material amplamente utilizado em aplicações farmacêuticas, biomédicas, cosméticas e ambientais. Assim, a quitina poderia ser extraída dos animais que cresceram se alimentando de fibras de algodão, para ser então utilizada para diferentes fins.

A pesquisadora destaca que o cultivo em larga escala do organismo não é apenas uma possibilidade teórica. Em outros países, Parhyale hawaiensis já é produzida para uso como alimento para peixes.

Além disso, a estudante de iniciação científica Amanda Rodrigues também avalia como os corantes presentes nas fibras de algodão podem causar efeitos tóxicos na Parhyale hawaiensis. Afinal, se esse organismo pode se alimentar dessas fibras, essa é mais uma via pela qual os corantes oferecem risco.

Ciência para proteger o que sustenta a vida

Dos corantes aos contaminantes emergentes, dos emissários submarinos à busca por soluções sustentáveis para resíduos têxteis, os trabalhos desenvolvidos no LAEG se unem para uma mesma preocupação: compreender como as atividades humanas estão transformando os ecossistemas e como esses impactos podem afetar a própria sociedade.

Estudar a questão ambiental também é estudar qualidade de vida. Afinal, a saúde dos ecossistemas está diretamente ligada à segurança alimentar, ao abastecimento de água, à economia costeira e ao bem-estar das populações humanas.

“Estamos esquecendo do ar que respiramos e da água que bebemos“, alerta Profa. Gisela.

Nesse contexto, a pesquisa científica desempenha um papel fundamental. Ao revelar riscos invisíveis, desenvolver novas ferramentas de monitoramento e propor soluções mais sustentáveis. Estudos como os conduzidos pelo LAEG ajudam a construir o conhecimento necessário para proteger não apenas espécies e ecossistemas, mas também os recursos naturais dos quais depende a própria sociedade.

 

As pesquisas divulgadas nessa matéria contaram com financiamento FAPESP (processos nº 23/10693-5, 25/00020-9, 25/07242-7, 25/06744-9, 24/20219-1, 24/23631-0, 25/17338-1, 25/10258-2, 25/15626-0 e 24/20276-5).

A presente matéria foi realizada com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), Brasil. Processo nº 25/17158-3. As opiniões, hipóteses e conclusões ou recomendações expressas neste material são de responsabilidade do(s) autor(es) e não necessariamente refletem a visão da FAPESP.

 

Para saber mais:

Canal do YouTube da Profa. Gisela

Site oficial do LAEG

Dissertação de mestrado que discute o uso de Parhyale hawaiensis (DOI: 10.47749/T/UNICAMP.2015.945921)

Dissertação que discute genotoxicidade em Parhyale hawaiensis (DOI: 10.47749/T/UNICAMP.2024.1402283)

Corantes naturais (DOI: 10.1016/j.chemosphere.2023.140174)

Alizarina (DOI: 10.1002/em.70046)

Emodina (DOI: 10.1016/j.fct.2024.114749)

Toxicidade crônica em Parhyale hawaiensis (DOI: 10.1016/j.marpolbul.2023.115375)

6PPD-quinona (DOI: 10.1002/em.22560)

Conferência CICTA2021 e debate sobre questões ambientais (DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.162436)

Autoria:

Mia Schezaro Ramos
Farmacêutica. Doutora em Farmacologia. Jornalista científica, ilustradora, trans, nintendista, kpopeira e dependente de exercício físico para não pirar.