O PDCA, uma alternativa ao PET, é biodegradável e possui propriedades físicas superiores. Uma equipe de bioengenheiros da Universidade de Kobe engenhou bactérias E. coli para produzir o composto a partir de glicose em níveis sem precedentes e sem subprodutos — abrindo um novo horizonte para o futuro da bioengenharia.
A durabilidade dos plásticos é tanto a razão pela qual se tornaram tão disseminados quanto a causa de problemas ambientais. Além disso, eles são majoritariamente derivados do petróleo, tornando-os não renováveis e sujeitos a questões geopolíticas. Grupos de pesquisa em todo o mundo trabalham em alternativas biodegradáveis e de origem biológica, mas frequentemente enfrentam problemas relacionados ao rendimento, pureza e, como resultado, ao custo de produção associado.
O bioengenheiro da Universidade de Kobe, Tsutomu Tanaka, afirma: “A maioria das estratégias de produção baseadas em biomassa foca em moléculas compostas por carbono, oxigênio e hidrogênio. No entanto, existem compostos extremamente promissores para plásticos de alto desempenho que incluem outros elementos, como nitrogênio, mas ainda não existem estratégias de bioprodução eficientes. E reações puramente químicas inevitavelmente geram subprodutos indesejados.” O PDCA, que significa ácido piridinedicarboxílico, é um desses candidatos. Ele é biodegradável, e materiais que o incorporam apresentam propriedades físicas comparáveis, ou até superiores, às do PET, amplamente utilizado em embalagens e têxteis. “Nosso grupo abordou o desafio por uma nova perspectiva: buscamos aproveitar o metabolismo celular para assimilar nitrogênio e construir o composto do início ao fim”, diz Tanaka.
No periódico Metabolic Engineering, o grupo da Universidade de Kobe publicou que alcançou a produção de PDCA em bioreatores em concentrações mais de sete vezes superiores às anteriormente relatadas. Tanaka explica: “A importância do nosso trabalho reside em demonstrar que reações metabólicas podem ser utilizadas para incorporar nitrogênio sem produzir subprodutos indesejados, possibilitando assim a síntese limpa e eficiente do composto alvo.”
No entanto, o grupo enfrentou alguns problemas persistentes ao longo do caminho. O mais difícil deles surgiu quando descobriram um estrangulamento onde uma das enzimas introduzidas produzia o composto altamente reativo peróxido de hidrogênio, H2O2. O composto, então, atacou a enzima que o produzia, desativando-a. “Através do aprimoramento das condições de cultura, especialmente adicionando um composto que pode capturar H2O2, conseguimos finalmente superar o problema, embora essa adição possa apresentar novos desafios econômicos e logísticos para a produção em grande escala”, diz Tanaka.
Os bioengenheiros já têm planos sobre como melhorar a produção no futuro, com cada problema apontando para sua solução. Olhando para o futuro, Tanaka afirma: “A capacidade de obter quantidades suficientes em bioreatores estabelece as bases para os próximos passos em direção à implementação prática. Mais geralmente, entretanto, nossa conquista em incorporar enzimas do metabolismo do nitrogênio amplia o espectro de moléculas acessíveis através da síntese microbiana, assim, aumentando ainda mais o potencial da biofabricacão.”
Essa pesquisa foi financiada pela Japan Society for the Promotion of Science (subvenções 25K00054, 23H04565, 25H01701, 25K01594, 25H00819) e pela Japan Science and Technology Agency (subvenção JPMJPR22N9).
