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Para onde o mundo vai

O que já fizemos com a bactéria que "come" plástico para ajudar o ambiente

Mali Maeder/ Pexels
Imagem: Mali Maeder/ Pexels
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Daniel Schultz, Monica Matsumoto, Shridhar Jayanthi, Guilherme Pimentel, Luiz Gustavo Martins e Cristina Schultz

sobre os colunistas

Daniel Schultz é cientista, professor de microbiologia e membro do núcleo de ciências computacionais em Dartmouth (EUA). Estuda a dinâmica dos processos celulares, com foco na evolução de bactérias resistentes a antibióticos. É formado em engenharia pelo ITA, doutor em química pela Universidade da Califórnia San Diego e pós-doutorado em biologia sistêmica em Harvard. Possui trabalhos de alto impacto publicados em várias áreas, da física teórica à biologia experimental, e busca integrar essas várias áreas do conhecimento para desvendar os detalhes de como funciona a vida ao nível microscópico.

Monica Matsumoto

Monica Matsumoto é cientista e professora de Engenharia Biomédica no ITA. Curiosa, tem interesse em áreas multidisciplinares e procura conectar pesquisadores em diferentes campos do conhecimento. É formada em engenharia pelo ITA, doutora em ciências pela USP e trabalhou em diferentes instituições como InCor/HCFMUSP, UPenn e EyeNetra.

Shridhar Jayanthi

Shridhar Jayanthi é agente de patentes com registro no escritório de patentes norte-americano (USPTO). Tem doutorado em engenharia elétrica pela Universidade de Michigan (EUA) e diploma de engenheiro de computação pelo ITA. Atualmente, trabalha com empresas de alta tecnologia para facilitar obtenção de patentes e, nas (poucas) horas vagas, é estudante de problemas na intersecção entre direito, tecnologia e sociedade. Antes disso, teve uma vida acadêmica com passagens pela Rice, MIT, Michigan, Pennsylvania e no InCor/USP, e trabalhou com pesquisa em áreas diversas da matemática, computação e biologia sintética.

Guilherme Pimentel

Guilherme Pimentel é pesquisador no instituto de física da Universidade de Amsterdã na Holanda, onde trabalha com novas teorias para explicar a expansão acelerada do Universo. Possui graduação em engenharia eletrônica, mestrado em física pelo ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica) e doutorado em física na Universidade de Princeton. Sua pesquisa é focada em cosmologia e física de partículas.

Luiz Gustavo Martins

Luiz Gustavo Martins é engenheiro químico, mestrado em física pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Atualmente é doutorando no MIT (Massachusetts Institute of Technology), na área de física do estado sólido experimental, onde trabalha espectroscopia óptica em materiais bidimensionais (com poucos átomos de espessura) e física de altas pressões.

Cristina Schultz

Cristina Schultz é oceanógrafa formada pela USP (Universidade de São Paulo), com mestrado em meteorologia pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e doutorado em oceanografia química pelo WHOI (Woods Hole Oceanographic Institution) e o MIT (Massachusetts Institute of Technology). Atualmente é cientista visitante na Universidade de Princeton, no NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) e no Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (Laboratório de Dinâmica de Fluidos Geofísicos). Sua pesquisa combina o uso de dados coletados em cruzeiros oceanográficos, dados de satélite e modelos climáticos para entender as consequências das mudanças climáticas na química do oceano e no ecossistema marinho.

Luiz Martins*

27/12/2020 04h00

Você sabe o quanto de plástico você come por ano? A menos que você seja uma criança de dois anos, a pergunta pode parecer bastante estranha. Mas a realidade é que todos nós ingerimos pequenas quantidades de microplásticos —pedaços minúsculos de plásticos menores que 5 milímetros— todos os dias: estima-se que cerca de 4 000 a 90 000 partículas de microplásticos por ano, só na água que bebemos.

Microplásticos estão literalmente em todos os lugares: desde na profundeza dos oceanos até nos Alpes Suíços, e inclusive no ar que respiramos —estima-se que inalamos cerca de 35 000 a 62 000 partículas de microplásticos por ano.

A Organização Mundial de Saúde recentemente levantou o alerta sobre o potencial impacto desses materiais na saúde humana, já que esse ainda não é completamente conhecido, reivindicando mais estudos sobre o tema, assim como mecanismos para diminuir a poluição gerada pela produção de plásticos no mundo.

Microplásticos são gerados pela fragmentação do plástico em partículas menores, o que pode ocorrer por ação da luz ou abrasão mecânica, por exemplo. Portanto, sua presença no meio ambiente está diretamente ligada a geração de lixo plástico.

Estima-se que até o ano de 2015, a humanidade produziu cerca de 6, 3 bilhões de toneladas de lixo plástico. Para se ter uma ideia do que ao alto é esse valor, se esse lixo fosse dividido igualmente por toda população atual da Terra, cada pessoa levaria cerca de 900 kg de lixo. Desse total 6,3 bilhões de toneladas, 79% acumulou-se em aterros e no meio ambiente, 12% foi incinerado e apenas 9% foi reciclado.

Portanto, a grande maioria do lixo plástico já produzida continua "por aí" em aterros e no meio ambiente. E como a maior parte dos plásticos não se decompõe facilmente, eles vão ficar "por aí" por um bom tempo, por centenas de anos, gerando mais microplásticos. Além disso, o lixo plástico é frequentemente carregado por cursos d'água, se acumulando nos oceanos e tendo um efeito devastador na vida marinha e em outros ecossistemas.

A sua queima ajuda a reduzir a quantidade de rejeitos, mas por outro lado, gera gases estufa, que contribuem com o aquecimento global. Ou seja, a humanidade tem um enorme problema pela frente com relação ao que fazer com tanto lixo plástico que ela mesmo gera. Reduzir o consumo de materiais plásticos e reutilizá-los é certamente uma saída, assim como reciclá-los. Recentemente, cientistas descobriram uma nova abordagem: bactérias que "comem" plástico.

Em 2016, ao analisar rejeitos de um centro de reciclagem de garrafas PET —plástico comumente utilizado em garrafas de refrigerante— cientistas japoneses identificaram uma nova bactéria, que eles deram o nome de Ideonella sakaiensis 201-F6, capaz de degradar o PET e usá-lo como sua principal fonte de carbono e energia.

Nesse processo, os cientistas descobriram que a I. sakaiensis adere à superfície do PET e secreta duas enzimas (enzimas são estruturas biológicas capazes de acelerar certas reações químicas) que ajudam na degradação do plástico.

Plásticos como o PET são formados por polímeros: enormes moléculas formadas pela ligação em cadeia de unidades menores, chamadas monômeros. As ligações químicas presentes nessas cadeias são geralmente muito fortes, o que dificulta a sua quebra e mantém a coesão dos polímeros, fazendo com que os plásticos tenham uma altíssima durabilidade. As enzimas secretadas pela I. sakaiensis são capazes de quebrar as cadeias poliméricas do PET em moléculas menores, que podem mais facilmente ser utilizadas pela bactéria como fonte de energia.

Essa descoberta abriu a possibilidade de se usar bactérias como a I. sakaiensis como aliadas em processos de reciclagem. Isso porque nos processos de reciclagem industrial, os polímeros são quebrados em unidades menores por meio de processos mecânicos e químicos que requerem um elevado custo energético.

Por sua vez, a I. sakaiensis consegue fazer esse serviço de quebra do PET naturalmente, graças a processos evolutivos que selecionaram essa característica. Portanto, se conseguirmos recuperar as unidades básicas gerados pela quebra do polímero, os monômeros, podemos aproveitá-los para construir novos polímeros gastando menos energia, num ciclo fechado no qual os plásticos são quebrados em suas unidades básicas e reconstruídos, o que reduz a necessidade de extrair petróleo para geração de novos plásticos- atacando dois problemas: o aquecimento global e geração de lixo plástico.

Uma outra abordagem possível é modificar as enzimas produzidas pela I. sakaiensis em laboratório, para torná-las mais eficientes, como demonstrado em um estudo recente feito por pesquisadores nos Estados Unidos e Inglaterra.

Nesse estudo, os pesquisadores analisaram as duas enzimas secretadas pela I. sakaiensis. Essas enzimas trabalham "em parceria" para quebrar o PET em seus monômeros. Uma enzima, a PETase, quebra o PET em moléculas menores, solúveis em água. Daí entra em cena a segunda enzima, a MHETase, que quebra essas moléculas em outras ainda menores, que podem ser usados pela bactéria como fonte de carbono e energia.

Inspirados nessa parceria entre a PETase e a MHETase, os pesquisadores sintetizaram uma única enzima combinando as duas e descobriram que essa enzima supera a eficiência das enzimas separadas, o que aumenta a velocidade de decomposição do PET.

Além disso, os pesquisadores levantaram a possibilidade de se testar diferentes misturas de enzimas capazes de formar essas "parcerias", para degradar outros plásticos que são ainda mais difíceis de serem reciclados, como por exemplo misturas de plástico e algodão, comumente encontrada em roupas.

Apesar de recentes, essas tecnologias já vêm sendo exploradas por empresas que utilizam enzimas para fazer biorreciclagem. É uma tecnologia promissora, mas o caminho ainda é longo e o problema da geração de lixo plástico é grave. Por essa razão, a redução de consumo de plásticos descartáveis e a implementação de políticas públicas que incentivem a reciclagem e reuso desses materiais continuam urgentes e necessárias.

* Luiz Martins possui graduação em Engenharia Química e mestrado em Física pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Atualmente é doutorando no Departamento de Física do Massachusetts Institute of Technology (MIT), na área de física do estado sólido experimental. Sua pesquisa abrange o estudo de espectroscopia óptica em materiais bidimensionais (com poucos átomos de espessura), e física de altas pressões.