As bactérias podem degradar o plástico?

2 semanas ago
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As bactérias podem degradar o plástico?

As bactérias degradadoras de plástico são uma possível solução futura para a crescente crise em torno da poluição por plástico. O polímero de alto peso molecular é muito resistente e difícil de decompor, mas não impossível, se as técnicas corretas forem aplicadas.

Embora você possa ser grato por garrafas de ketchup robustas que não se quebram quando atingem o chão, talvez você não fique tão feliz em saber que a mesma garrafa pode levar mais de 400 anos para se decompor.

Usamos o plástico com tanta frequência que é quase impossível imaginar a vida sem ele. Longe vão os dias em que poderíamos colocar leite em uma garrafa de vidro; parece que tudo hoje vem em alguma forma de plástico.

E por que não seria esse o caso? O plástico tem sido conveniente, resistente, flexível, resistente ao desgaste e muitas vezes a alternativa mais barata ao vidro.

Bem, essa não é mais a perspectiva moderna. Você provavelmente está ciente da nossa crescente necessidade de reduzir coletivamente o uso de plástico não reciclável, porque eles não se decompõem facilmente, representando outro lado da nossa crise climática e de sustentabilidade.

resíduos de garrafas plásticas e outros tipos de resíduos plásticos (KarepaStock) s

A interminável acumulação de plástico. (Crédito da foto: KarepaStock / Shutterstock)

O plástico é fornecido em muitos tipos, incluindo PET (polietileno tereftalato) e polietileno. Estes são os plásticos mais comumente encontrados em utensílios domésticos e também alguns dos mais difíceis de decompor.

Felizmente, pode haver alguma esperança dos organismos mais antigos e confiáveis ​​da natureza – as bactérias.

Antes de entendermos como as bactérias podem ajudar a resolver nosso problema, vamos começar com o que torna o plástico tão indestrutível.

Por que o plástico é tão difícil de decompor?

O plástico é uma substância sintética sintética composta por diferentes elementos, incluindo carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e cloro. É um polímero de alto peso molecular feito de unidades repetidas de monômeros.

Os subprodutos do petróleo são uma importante matéria-prima na fabricação de plásticos. O polietileno ou o polietileno é o subproduto mais comum e é responsável pela natureza não biodegradável dos plásticos.

Durante a formação do plástico, várias unidades monoméricas de etileno ou propileno, por exemplo, se unem e se ligam com a ajuda de fortes forças de hidrogênio. É quase impossível quebrar tais forças, tornando o plástico do produto final quase indestrutível.

A razão para isso é simples: o próprio petróleo é o produto de milhões de anos de decomposição por microorganismos. Assim, faz sentido que os produtos derivados do petróleo demorem muito tempo para se decompor. As bactérias de ocorrência natural raramente são capazes de compreender a natureza de tais compostos complexos e, portanto, são incapazes de degradá-las.

É possível degradar o plástico?

Esta questão assombra cientistas e ambientalistas ao redor do mundo há muito tempo. A crescente produção e demanda de plásticos, juntamente com sua natureza inata de ser quase imortal, rendeu a especialistas e cientistas algumas críticas severas. Atualmente, muitos métodos de degradação do plástico são implementados, mas a eliminação completa do plástico continua sendo uma possibilidade distante.

As formas mais comuns de degradação do plástico incluem a exposição à luz UV (ultravioleta), juntamente com a destruição mecânica causada pelo vento ou pelas ondas. O processo acaba quebrando materiais plásticos maiores em pedaços menores, chamados nano e microplásticos. Um microplástico tem menos de 5 mm de tamanho, enquanto um pedaço de nanoplástico tem menos de 0,1 micrômetro.

Barracas em palafitas de pé no rio cheio de lixo (Antonio V. Oquias) s

Um rio sem fim de plástico. (Crédito da foto: Antonio V. Oquias / Shutterstock)

Os plásticos podem ser degradados em certa medida usando métodos mecânicos, mas os produtos finais, como micro e nano-plásticos, entram no ecossistema marinho e terrestre.

Esses pequenos fragmentos são confundidos com alimento e são consumidos por animais marinhos e terrestres e, por fim, entram na cadeia alimentar. Um estudo realizado no peixe Acanthochromis polyacanthus revelou que microplásticos de dimensões superiores a 300 micrômetros estavam presentes na cavidade intestinal do peixe.

Não apenas peixes, mas animais terrestres como ovelhas ou cabras podem consumir micro ou nano-plásticos inadvertidamente. Como o animal não é capaz de digerir completamente o plástico, ele se acumula em seu sistema digestivo. Esse plástico entra no corpo humano quando o sistema digestivo desses animais é consumido. Os plásticos contêm vários componentes tóxicos, incluindo agentes cancerígenos, chumbo, cádmio e mercúrio e podem causar enormes danos quando ingeridos.

Os métodos mecânicos atuais para degradar o plástico são insuficientes, pois não podem degradar completamente o plástico. É aqui que os microorganismos entram em ação devido à variedade de enzimas presentes neles.

Os plásticos têm visto um crescimento fenomenal em sua fabricação e uso desde a sua introdução em 1960. A natureza não é capaz de lidar com um aumento tão rápido no uso de plástico. Como resultado, a maioria das bactérias da natureza não evoluiu completamente com as enzimas capazes de degradar completamente o plástico.

Mas, como diz o velho ditado, onde há vontade, há um caminho . Em 2016, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Kyoto identificou pela primeira vez uma bactéria (plural: bactérias) Ideonella sakaiensis. A bactéria foi encontrada em uma das instalações de reciclagem de garrafas PET no Japão e poderia fornecer as qualidades de degradação de plástico que a humanidade precisa!

Bactérias comendo plástico.  Ideonella sakaiensis (Varlamova Lydmila) s

Bactérias atacando uma garrafa de plástico. (Crédito da foto: Varlamova Lydmila / Shutterstock)

Esta não é a única bactéria que pode realizar esse feito outrora impossível. Existem alguns outros que também podem reduzir o plástico polimérico em oligômeros (8 unidades monoméricas) e monômeros.

As bactérias pertencentes ao filo Actinobacteria e gêneros Thermobifidia , Thermomonospora e S accharomonospora apresentaram alguns resultados promissores com suas enzimas degradadoras de plástico. Existem muito mais bactérias que podem degradar o plástico, mas as enzimas presentes neles são lentas para uso industrial. Ainda há muita pesquisa a ser feita antes que as bactérias possam ser usadas em larga escala.

Como os microorganismos degradam o plástico?

Ideonella sakaiensis é o modelo mais bem estudado para demonstrar como as bactérias podem reduzir o plástico.

O tereftalato de polietileno (PET) e o poliestireno são os plásticos domésticos mais utilizados. Quando I. sakaiensis entra em contato próximo com as superfícies de PET, a bactéria usa uma enzima hidrolase segregada ou PETase para degradar o PET.

Enzima plástica degradante (Varlamova Lydmila) s

Representação esquemática de bactérias degradadoras de plástico. (Crédito da foto: Varlamova Lydmila / Shutterstock)

Uma enzima é um catalisador biológico que pode acelerar reações químicas. Uma reação de hidrolase é qualquer reação que utiliza uma molécula de água para quebrar uma ligação química.

Em resumo, uma reação da PETase é uma reação enzimática que envolve a quebra de uma ligação de carbono com a ajuda de uma molécula de água. O PET é a principal fonte de carbono e energia para a bactéria.

A PETase degrada o PET em ácido mono (2-hidroxietil) tereftálico (MHET) e etileno glicol. Ambos os produtos finais são comparativamente benignos e mais fáceis de degradar com métodos mais simples. O MHET é degradado em 2 compostos monoméricos pela membrana externa da célula, enquanto o etileno glicol é facilmente absorvido e utilizado por I. sakaiensis e outras bactérias circundantes.

Quatro enzimas da bactéria Thermobifidia foram identificadas como potentes degradadores de PET. Existem certas limitações, pois as enzimas são parcialmente inibidas pelo produto intermediário MHET. Esforços estão sendo feitos para superar esse obstáculo.

O polietileno (PE) ou polietileno é um polímero de cadeia longa de monômeros de etileno que é alvo de microrganismos para degradação. Várias bactérias podem degradar a EP, incluindo Pseudomonas, Staphlyococcus, Streptomyces, etc. Algumas espécies de fungos também são consideradas degradantes da PE, como A spergillus ,  Cladosporium ,  Penicillium e várias outras.

O uso das bactérias e fungos acima mencionados para degradar o plástico PE ainda está em fase de pesquisa e aguardamos evidências concretas sobre sua eficácia e potencial para o futuro.

Conclusão

A idéia de bactérias degradadoras de plástico é certamente um raio de esperança em um futuro potencialmente escuro e cheio de plástico, mas ainda há muito a ser considerado. O problema está na estrutura de alto peso molecular dos plásticos. Seu colapso inicial é o obstáculo que precisa ser ultrapassado. Pode haver muitas enzimas que podem quebrar o plástico rapidamente, mas a tecnologia para desenvolvê-los e identificá-los ainda está em estágio inicial. Uma dessas fontes promissoras é o uso de conjuntos de dados de metagenoma.

Metagenômica é o estudo de material genético que é recuperado diretamente de uma fonte. A maioria das pesquisas científicas feitas envolve o estudo de culturas microbianas puras. Às vezes, isso reduz a compreensão de como esses micróbios isolados reagem com outros micróbios em seu habitat natural.

A metagenômica preenche essa lacuna e fornece um meio para o estudo de micróbios em seu “território doméstico”. Esse método pode ter o potencial de revelar novos tipos de micróbios que vivem em um ambiente semelhante ao de Ideonella sakaiensis.

Embora isso possa parecer uma solução fácil e óbvia para o nosso problema de plástico, ainda há muita pesquisa a ser feita. A única coisa que podemos fazer como indivíduos é fazer um esforço consciente para reduzir nosso uso de plástico. Este pequeno passo, embora possa parecer insignificante, pode ser um grande benefício para nós e todas as gerações futuras do planeta!

Referências:

  1. Sociedade Americana de Microbiologia
  2. Science Advances Journal
  3. Jornal de polímeros à base de petróleo
  4. A nova ciência da metagenômica: revelando os segredos do nosso planeta microbiano.
  5. Microplásticos na nossa saúde oceânica e marinha
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