doi.org/10.1186/s12934-023-02220-0
Credibilidade: 999
#Biodegradável
Pela primeira vez, os pesquisadores usaram bactérias para “reutilizar” resíduos de polietileno.
Supere o Homem-Aranha: Pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute desenvolveram uma cepa de bactéria que pode transformar resíduos de plástico em uma seda de aranha biodegradável com múltiplos usos.
Transformando Plástico em Proteína
Seu novo estudo marca a primeira vez que os cientistas usaram bactérias para transformar o plástico de polietileno – o tipo usado em muitos itens descartáveis – em um produto proteico de alto valor.
Esse produto, que os pesquisadores chamam de “seda de aranha bioinspirada” por causa de sua semelhança com a seda que as aranhas usam para tecer suas teias, tem aplicações em têxteis, cosméticos e até na medicina.
A força da seda de aranha
“A seda da aranha é o Kevlar da natureza”, disse Helen Zha, Ph.D., professora assistente de engenharia química e biológica e uma das pesquisadoras do RPI que lideram o projeto. “Pode ser quase tão forte quanto o aço sob tensão. No entanto, é seis vezes menos denso que o aço, por isso é muito leve. Como bioplástico, é elástico, resistente, não tóxico e biodegradável.”
Todos esses atributos fazem dele um excelente material para um futuro onde os recursos renováveis e a prevenção da poluição persistente por plásticos sejam a norma, disse Zha.
Lidando com a poluição plástica
O plástico polietileno, encontrado em produtos como sacos plásticos, garrafas de água e embalagens de alimentos, é o maior contribuinte para a poluição plástica em todo o mundo e pode levar mais de 1.000 anos para se degradar naturalmente. Apenas uma pequena porção do plástico polietileno é reciclada, pelo que as bactérias utilizadas no estudo poderiam ajudar a “reciclar” alguns dos resíduos restantes.
O Processo de Conversão
Pseudomonas aeruginosa, bactéria utilizada no estudo, pode consumir naturalmente polietileno como fonte de alimento. A equipe do RPI enfrentou o desafio de projetar essa bactéria para converter os átomos de carbono do polietileno em uma proteína de seda geneticamente codificada. Surpreendentemente, eles descobriram que suas bactérias recém-desenvolvidas poderiam produzir a proteína da seda com um rendimento que rivalizava com algumas cepas de bactérias que são usadas de forma mais convencional na biofabricação.
O processo biológico subjacente a esta inovação é algo que as pessoas utilizam há milénios.
Do plástico à seda
“Essencialmente, as bactérias estão fermentando o plástico. A fermentação é usada para fazer e preservar todos os tipos de alimentos, como queijo, pão e vinho, e nas indústrias bioquímicas é usada para fazer antibióticos, aminoácidos e ácidos orgânicos”, disse Mattheos Koffas, Ph.D., Dorothy e Fred Chau ’71 Career Development Constellation Professor em Biocatálise e Engenharia Metabólica, e o outro pesquisador que lidera o projeto, e que, junto com Zha, é membro do Centro de Biotecnologia e Estudos Interdisciplinares de Rensselaer.
Para fazer com que as bactérias fermentem o polietileno, o plástico é primeiro “pré-digerido”, disse Zha. Assim como os humanos precisam cortar e mastigar os alimentos em pedaços menores antes que o corpo possa utilizá-los, as bactérias têm dificuldade em comer as longas cadeias moleculares, ou polímeros, que compõem o polietileno.
No estudo, Zha e Koffas colaboraram com pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne, que despolimerizaram o plástico aquecendo-o sob pressão, produzindo uma substância macia e cerosa. Em seguida, a equipe colocou uma camada de cera derivada de plástico no fundo dos frascos, que serviu como fonte de nutrientes para a cultura de bactérias. Isso contrasta com a fermentação típica, que utiliza açúcares como fonte de nutrientes.
“É como se, em vez de alimentar o bolo de bactérias, estivéssemos alimentando as velas do bolo”, disse Zha.
Então, enquanto uma placa de aquecimento agitava suavemente o conteúdo dos frascos, as bactérias começaram a agir. Após 72 horas, os cientistas retiraram as bactérias da cultura líquida, purificaram a proteína da seda e a liofilizaram. Nessa fase, a proteína, que se assemelhava a bolas de algodão rasgadas, poderia potencialmente ser transformada em fio ou transformada em outras formas úteis.
“O que é realmente entusiasmante neste processo é que, ao contrário da forma como os plásticos são produzidos atualmente, o nosso processo consome pouca energia e não requer a utilização de produtos químicos tóxicos”, disse Zha. “Os melhores químicos do mundo não conseguiram converter polietileno em seda de aranha, mas essas bactérias conseguem. Estamos realmente aproveitando o que a natureza desenvolveu para fabricar para nós.”
No entanto, antes que os produtos de seda de aranha reciclada se tornem realidade, os pesquisadores precisarão primeiro encontrar maneiras de produzir a proteína da seda de forma mais eficiente.
Perspectivas Futuras e Impacto Ambiental
“Este estudo estabelece que podemos usar essas bactérias para converter plástico em seda de aranha. Nosso trabalho futuro investigará se o ajuste das bactérias ou de outros aspectos do processo nos permitirá aumentar a produção”, disse Koffas.
“Os professores Zha e Koffas representam a nova geração de engenheiros químicos e biológicos que fundem a engenharia biológica com a ciência dos materiais para fabricar produtos ecológicos. O seu trabalho é uma abordagem inovadora para proteger o ambiente e reduzir a nossa dependência de recursos não renováveis”, disse Shekhar Garde, Ph.D., reitor da Escola de Engenharia da RPI.
O estudo, conduzido pelo primeiro autor Alexander Connor, que obteve seu doutorado pela RPI em 2023, e pelos coautores Jessica Lamb e Massimiliano Delferro do Argonne National Laboratory, foi publicado na revista Microbial Cell Factories.
Publicado em 07/02/2024 01h49
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