MCTI/CNPq: pesquisa desvenda mecanismos da biodegradação de petróleo e plástico por bactérias

Um estudo inovador apresenta novas possibilidades para a biodegradação de petróleo e plástico a partir do uso de bactérias presentes no solo do Cerrado. Os pesquisadores brasileiros conseguiram desvendar os mecanismos fundamentais do metabolismo do nitrogênio na deterioração do polietileno. Além de alternativa biotecnológica para mitigar a poluição marinha, por exemplo, a descoberta é passo fundamental para o desenho de novos polímeros biodegradáveis.

A pesquisa foi financiada por meio da Chamada Pública CNPq/MCTI nº 06/2020, que selecionou projetos para a pesquisa e desenvolvimento para enfrentamento de derramamento de óleo na costa brasileira. A ação faz parto do Programa Ciência no Mar do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI).

O artigo “O papel do metabolismo de nitrogênio na biodegradação de polietileno” foi publicado neste mês pela revista científica internacional Journal of Hazardous Materials. Considerada de alto impacto no mundo acadêmico (fator de impacto 10.588), o periódico é o número 10 no ranking que contempla mais de 200 publicações da área. O artigo é assinado exclusivamente por pesquisadores brasileiros.

“As bactérias foram colocadas na presença de uma única fonte de alimento: o plástico. Então, foram forçadas a ‘comer plástico’”, explica o professor Ricardo Kruger, fazendo uma analogia que simplifica a compreensão da complexidade bioquímica envolvida no processo de biodegradação do polietileno de alta massa molecular. O material foi escolhido por apresentar moléculas maiores e mais difíceis de serem decompostas. “As bactérias se adaptaram a essa única fonte de alimento, produzindo uma ‘saliva’ com diferentes componentes que facilitaram a digestão”, complementou mantendo a metáfora.

A descoberta feita nos laboratórios de enzimologia e microbiologia do Departamento de Biologia Celular do Instituto de Ciências Biológicas da Universidade de Brasília (UnB) tem potencial para ser aplicada para contribuir na solução de um problema global: nove bilhões de toneladas de plásticos acumuladas no meio ambiente e que podem levar até meio século para serem decompostos.

A ideia é conseguir fornecer microorganismos que possam fazer uma decomposição biológica do plástico por meio da exposição a essas bactérias em biorreatores, por exemplo. Os pesquisadores estimam que a degradação do plástico possa ser reduzida para apenas alguns anos. Mas esse aspecto ainda carece de experimentos específicos.

De acordo com Kruger, a compreensão advinda da estrutura química da degradação pode ser útil para o desenho de novos polímeros biodegradáves, os bioplásticos. “Quais características esses materiais precisam ter para facilitar a degradação no final?”, pergunta o professor sobre a necessidade de conhecer esses mecanismos, pois a dependência da sociedade por polímeros não tem como ser substituída rapidamente.

Bactérias do Cerrado - As bactérias utilizadas no estudo são provenientes do solo do Cerrado e estão sob pesquisa da autora líder do artigo, Julianna Peixoto, bolsista de pós-doutorado da Universidade de Brasília (UnB), há quase uma década. Duas delas são novas espécies identificadas em plásticos em decomposição coletados na região da Chapada dos Veadeiros (GO).

O trabalho começou com a identificação de quase 800 microorganismos presentes nesses materiais coletados. A triagem selecionou nove microorganismos de três diferentes gêneros. Restaram três, um de cada gênero, que foram submetidos a investigação para conhecer a capacidade de cada um deles para degradar plástico.

Segundo Peixoto, o estudo publicado é considerado inovador porque, além de outros fatores, foi a primeira vez que a literatura científica identificou um novo mecanismo que favorece a oxidação e a fragmentação do plástico sem a necessidade de pré-tratamento do material, ou seja, sem expor o plástico a radiação ultravioleta ou outro processo bioquímico que promova a fragmentação inicial do material antes da exposição a um microorganismo.  A análise de impacto de espécies reativas no contexto da biodegradação analisou moléculas muito pequenas de nitrogênio e altamente reativas que conseguiram promover modificações no plástico antes da exposição às enzimas.  “Uma das principais ferramentas [da biodegração] é o ciclo do nitrogênio, que é um dos ciclos biogeoquímicos mais importantes”, explica a pesquisadora.

As análises em laboratório utilizaram microscopia de infravermelho, que permite rastreamento de todas as ligações químicas que ficam no material. É como uma impressão digital do material analisado e, assim, faz-se a investigação em nível atômico molecular. “Rastreamos cada uma das etapas do metabolismo”, afirma Peixoto.

Os pesquisadores alertam, no entanto, que ainda tem muita pesquisa pela frente, pois eles conseguiram identificar até o momento um dos processos. “É um sistema biológico com complexidade altíssima. Investigação de outras espécies reativas de oxigênio que também estão atuando e de outros processos metabólicos”, explica Julianna.

Mesmo assim, as apresentações com resultados parciais da pesquisa em congressos acadêmicos internacionais já despertaram interesse de empresas globais que atuam na área.