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A ERA DO PLÁSTICO PET BIODEGRADÁVEL: Bactérias Que Se Alimentam Do PET

A ERA DO  PLÁSTICO PET BIODEGRADÁVEL: Bactérias Que Se Alimentam Do PET

Edição Vol. 3, N. 10, 13 de Maio de 2016

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2016.05.16.003

São fabricados mais de 300 milhões de toneladas de plásticos por ano para uso em todo tipo de material, incluindo embalagens para roupas. Sua resistência deve ser grande quando se quer um produto que dure. Mas, uma vez descartados, os plásticos permanecem no ambiente, sujando ruas, campos e oceanos de maneira igual. Todos os cantos do nosso planeta têm sido marcados por nossa dependência do plástico. E, como fazer para eliminar o plástico descartado como lixo que faz de nosso planeta uma grande lixeira? Usando bactérias que comem esse plástico.

Isso não significa que você deva parar de reciclar!

Os plásticos estão em todos os lugares. Uma vez que já estão no meio ambiente, como lixo, eles ficam lá por anos, décadas, ou mesmo séculos. Isso porque a maioria dos plásticos é quimicamente inerte e imune aos processos enzimáticos envolvidos na biodegradação, ou quebra de um material por elementos provenientes dos animais e plantas. Nós tentamos reduzir a poluição do plástico através da reciclagem e criando plásticos que são biodegradáveis ​​ou compostáveis (que são materiais que, com sua decomposição, formam a matéria para a fertilização do solo). Mas o que fazer com todo o lixo de plástico que já está lá fora e pode persistir por muito tempo mesmo após os nossos netos já se forem?

A vida pode estar chegando ao nosso auxílio. Uma equipe de cientistas no Japão, liderados pelo Prof. Dr Shosuke Yoshida, da Universidade de Kyoto, descobriu recentemente uma espécie de bactéria que pode degradar um plástico chamado PET.

IDENTIFICANDO OS MICRÓBIOS QUE DEGRADAM PET

PET significa tereftalato de polietileno, um plástico com boas propriedades mecânicas, de barreira e ópticas. Garrafas para água e refrigerantes são apenas alguns exemplos de muitos, muitos usos do PET. O PET é um composto poliéster (que forma ligações químicas fortes, mostradas na Figura 2) com um teor elevado de grupos aromáticos (anel de benzeno), tornando-o quimicamente inerte, que não sofre ação do meio sob condições normais de temperatura e pressão. Como resultado, é geralmente considerado resistente à degradação microbiana, embora certos fungos cresçam em meio mineral contendo PET.

“Quando o poli (tereftalato de etileno) é processado para formar as garrafas, ele adquire uma consistência cristalina que impede qualquer interação das paredes da garrafa com a água. Essa propriedade é benéfica, porque permite o uso da embalagem PET na preservação e no acondicionamento de bebidas, mas, ao mesmo tempo, dificulta sua degradação. Segundo Oda, a saída para quebrar a estrutura cristalina do PET é submetê-lo a um aquecimento de 260° Celsius (C) em autoclaves ou por tratamento por microondas. O calor quebra a cristalinidade do material e deixa as ligações ésteres mais expostas à hidrólise, tornando possível o processo de decomposição.”

Cerca de 56 milhões de toneladas ou 56 bilhões de quilos de PET são produzidas a cada ano, e a maior parte acaba no meio ambiente (Figura 1).

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Figura 1: Garrafas feitas do material plástico PET poli (tereftalato de etileno) acumulados em rio do município de Salto do estado de São Paulo (Fonte: http://marista.edu.br/parquemarista/seca-em-rios-e-oportunidade-de-limpeza-do-lixo-exposto/)

Para ver se outros micro-organismos, além do que alguns fungos conseguem digerir este plástico, o professor Dr. Yoshida e sua equipe selecionaram 250 amostras ambientais de lixos PET contaminados. Estas amostras eram originárias de todo lugar, inclusive de sedimentos de águas residuais. Os cientistas procuraram pelos micro-organismos que poderiam usar de filmes de PET de baixa cristalinidade (1,9 por cento) como fonte de carbono, importante para o crescimento. O carbono é a matéria prima, assim como o tijolo, que todas as moléculas de um ser vivo usam para a construção de sua estrutura, assim como uma casa usa o tijolo para construir suas paredes.

A equipe identificou um consórcio microbiano distinto que, uma vez cultivada, foi capaz de crescer sobre o PET. A superfície da película de PET foi degradada a uma taxa de 0,13 mg por centímetro quadrado por dia a 30 °C. Parece pouco, mas quando se compara com a fonte de carbono natural das bactérias e relaciona-se com sua combustão, ou queima (sem fogo!), é como se os micro-organismos convertessem 75% do carbono que obtiveram a partir do PET em CO2. Imaginando isso no meio ambiente, se toda garrafa fosse preenchida, somente pela sua superfície com essas bactérias, essa garrafa seria decomposta em seis semanas, ante os 400 anos normais que levam para ser degradada no meio ambiente.

A fim de identificar o organismo particular que usou o PET como uma fonte de carbono, os cientistas diluíram da mistura microbiana, antes de crescerem-na sobre o PET. A equipe isolou uma nova espécie de bactérias do gênero Ideonella, que deram o nome atraente Ideonella sakaiensis 201-F6. Quando eles descobriram que uma submistura ou subconsórcio de micróbios perdera a capacidade de degradar o PET, uma análise mais aprofundada revelou que faltava a bactéria I. sakaiensis.

Usando as bactérias recentemente identificadas, a equipe degradou quase que completamente um filme PET em apenas seis semanas.

IDENTIFICANDO AS ENZIMAS QUE QUEBRAM PET

Atualmente, existem algumas enzimas conhecidas capazes de quebrar o PET através de um processo químico conhecido como hidrólise. A fim de determinar quais enzimas que a bactéria I. sakaiensis utiliza, os cientistas sequenciaram seu genoma, todo o seu DNA que codifica todas as proteínas necessárias para sua existência. Eles identificaram um gene, ISF6_4831, que codifica para uma proteína que partilha metade dos seus aminoácidos com uma outra enzima (uma proteína neste caso) que hidrolisa o PET. Assim, toda proteína é feita de aminoácidos, e esses são codificados pela sequência de bases do DNA. (Para saber mais veja (1) http://www.nanocell.org.br/producao-de-proteinas-recombinantes-humanas-boa-barata-e-em-larga-escala). A área de semelhança inclui as partes da enzima que são utilizadas para sua atividade catalítica, ou seja, a região da proteína que degrada o PET.

Os cientistas purificaram a proteína recombinante a partir de I. sakaiensis e incubaram-na com uma película de PET a 30 °C durante 18 horas. A incubação resultou em perfurações na superfície do filme, o que é uma boa indicação de degradação (2). Eles também realizaram a análise química da superfície, o que revelou a presença de certos produtos químicos, incluindo mono (2-hidroxietil) ácido tereftálico, que é um intermediário para a hidrólise do PET (Figura 2).

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Figura 2: Quebra do plástico PET de uma garrafa de refrigerante. Ilustração: P. Huey. Reprinted with permission from U.T. Bornscheuer, Science 351:1154 (2016)

Usando a sequência de DNA da enzima ISF6_4831, a equipe construiu uma árvore filogenética a partir de enzimas que são conhecidas por degradarem PET. Usando esta árvore, eles identificaram três outras enzimas que hipoteticamente poderiam catalisar a hidrólise PET. Em seguida, testaram a sua capacidade em hidrolisar vários polímeros (2).

Em comparação com as outras três enzimas, ISF6_4831 teve uma grande preferência para PET comparada com outros polímeros de ésteres alifáticos. Como resultado, a equipe denominou esta enzima de “PETase.” Eles avaliaram a capacidade da PETase em quebrar o PET encontrado em uma garrafa de refrigerante comum, que tem cristalinidade mais elevada do que as suas amostras de PET originais. Mais uma vez, foi mais ativa do que as outras enzimas.

Enquanto a PETase poderia quebrar o polímero PET, ela não refaria o caminho inverso de todo o polímero até seus componentes de síntese ou seus componentes que o produzem originais, assim a equipe queria saber se uma outra enzima era a responsável por essa quebra que reduziria o polímero em sua matéria prima de partida. Através de uma análise mais aprofundada dos genes, os cientistas descobriram a enzima ISF6_0224, que tem uma sequência de proteína correspondente aos de outra família de enzimas que é conhecida em hidrolisar a ligação éster de compostos aromáticos, como o benzeno (2).

A equipe purificou a proteína/enzima ISF6_0224 recombinante e descobriu que ela era capaz de hidrolisar eficientemente mono (2-hidroxietil) ácido tereftálico, o subproduto gerado pela quebra do PET quando usado a primeira enzima, ISF6_4831, a PETase. Mas quando, a segunda enzima, ISF6_0224 foi testada contra o PET, esta não mostrou qualquer atividade hidrolítica (2). Os resultados sugerem fortemente que a proteína ISF6_0224 é responsável pela conversão de mono (2-hidroxietil) ácido tereftálico (MEHT) em dois monómeros ambientalmente benignos do PET, o ácido tereftálico e etileno glicol. Como tal, a equipe decidiu que ISF6_0224 deveria ser denominada hidrolase MEHT, abreviada para MEHTase (2).

Esta pesquisa básica abriu a possibilidade para uma estratégia de remediação viável para o PET e seus produtos. Através de mais pesquisas e desenvolvimento, poderíamos ter bactérias que eficientemente limpam resíduos de PET, eliminando o lixo de garrafas PET, por exemplo, do meio ambiente!

INOVAÇÃO A PARTIR DE CIÊNCIA BÁSICA

Alguns governantes brasileiros parecem viver fora do mundo real. Pode ser que vivam no fantasioso mundo de “Bobby” ou não compreendem o que é a ciência em si. Mas, não se preocupem, estamos aqui para esclarecer as dúvidas para todos, inclusive nossos governantes!

Você pode pensar que esta é a repetição de uma velha história, como micróbios que se alimentam de plástico já terem sido apontados como salvadores do planeta. Mas há várias diferenças importantes aqui.

Em primeiro lugar, os artigos anteriores relatavam sobre fungos, que são difíceis de cultivarem. Neste caso, a bactéria é facilmente cultivada. Os pesquisadores mais ou menos deixaram o PET em um frasco quente com a cultura bacteriana e alguns outros nutrientes, e algumas semanas mais tarde, todo o plástico tinha sido degradado.

Em segundo lugar – e a verdadeira inovação – é que a equipe identificou as enzimas que Ideonella sakaiensis usa para quebrar o PET. Todos os seres vivos contêm enzimas que eles usam para acelerar as reações químicas necessárias. Algumas enzimas ajudam a digerir os alimentos, desmantelá-lo em seus blocos ou tijolos de construção. Sem as enzimas necessárias o corpo não pode acessar certas fontes de alimentos.

Por exemplo, as pessoas que são intolerantes à lactose não têm a enzima que decompõe o açúcar lactose encontrada em produtos lácteos. E nenhum ser humano pode digerir a celulose, enquanto que alguns micróbios podem. A bactéria Ideonella sakaiensis parece ter evoluído uma enzima eficiente que é produzida quando se está num ambiente em que é rico em PET.

Isso abre toda uma nova abordagem para a reciclagem e descontaminação do meio do plástico. Atualmente, a maioria das garrafas de plástico não são realmente recicladas. Em vez disso, são derretidas e reformadas em outros produtos de plástico rígido. Empresas de embalagens normalmente preferem que estas sejam feitas de plástico “virgem”, que são criados a partir de materiais químicos de partida, que são normalmente derivados do petróleo.

As enzimas que digerem PET oferecem uma maneira de reciclar verdadeiramente o plástico. Elas poderiam ser adicionadas dentro de tonéis de lixo, quebrando todas as garrafas ou outros artigos de plástico em produtos químicos de fácil reuso. Estes poderiam então ser utilizados para formar o plástico “virgem”, a produção de um sistema de reciclagem de verdade.

Fonte: https://theconversation.com/new-plastic-munching-bacteria-could-fuel-a-recycling-revolution-55961

Referências

1.A. K. Santos and R. R. Resende: PRODUÇÃO DE PROTEÍNAS RECOMBINANTES HUMANAS: Boa, Barata E Em Larga Escala. Nanocell News, 2(8)  doi: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2015.02.24.006

2.S. Yoshida, K. Hiraga, T. Takehana, I. Taniguchi, H. Yamaji, Y. Maeda, K. Toyohara, K. Miyamoto, Y. Kimura and K. Oda: A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate). Science, 351(6278), 1196-9 (2016) doi:10.1126/science.aad6359

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  • 1
  1. Aderaldo Gomes disse:

    Olá.

    Somos uma empresa que produz materiais escolares em PET.
    Gostaria de saber como adquirir o aditivo mencionado nessa matéria.

    Obrigado.

    27/julho/2016 ás 10:48

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