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 da glicose em níveis sem precedentes e sem subprodutos — abrindo um novo leque de possibilidades para o futuro da bioengenharia.
A durabilidade dos plásticos é tanto a razão pela qual se tornaram tão abrangentes quanto a causa dos problemas ambientais que apresentam. Além disso, eles são principalmente provenientes do petróleo, tornando-os não renováveis e dependentes de geopolítica. Grupos de pesquisa em todo o mundo trabalham em alternativas biodegradáveis e bio-sourced, mas frequentemente existem problemas relacionados ao rendimento, pureza e, consequentemente, ao custo de produção associado.
O bioengenheiro Tsutomu Tanaka, da Universidade de Kobe, afirma: “A maioria das estratégias de produção baseadas em biomassa se concentra em moléculas que consistem em carbono, oxigênio e hidrogênio. No entanto, existem compostos altamente promissores para plásticos de alto desempenho que incluem outros elementos, como nitrogênio, mas não existem estratégias de bioprodução eficientes. E reações químicas puras inevitavelmente geram subprodutos indesejados.” O PDCA, que significa ácido piridinedicarboxílico, é um desses candidatos. É biodegradável, e materiais que o incorporam apresentam propriedades físicas comparáveis ou até superiores às do PET, amplamente utilizado em recipientes e têxteis. “Nosso grupo abordou o desafio de 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 agora que conseguiu produzir PDCA em biorreatores em concentrações mais de sete vezes superiores às relatadas anteriormente. Tanaka explica: “A importância do nosso trabalho reside em demonstrar que reações metabólicas podem ser usadas para incorporar nitrogênio sem produzir subprodutos indesejados, possibilitando assim a síntese limpa e eficiente do composto alvo.”
No entanto, o grupo enfrentou alguns problemas difíceis de resolver ao longo do caminho. O mais obstinado deles surgiu quando descobriram um gargalo, onde uma das enzimas introduzidas produziu o composto altamente reativo peróxido de hidrogênio, H2O2. O composto então atacou a enzima que o produzia, desativando-a. “Através do refinamento das condições de cultura, em particular adicionando um composto que pode capturar H2O2, finalmente conseguimos 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 de como melhorar a produção no futuro, com cada problema apontando para sua solução. Olhando para o futuro, Tanaka diz: “A capacidade de obter quantidades suficientes em biorreatores estabelece as bases para os próximos passos em direção à implementação prática. De forma mais geral, nossa conquista em incorporar enzimas do metabolismo do nitrogênio amplia o espectro de moléculas acessíveis através da síntese microbiana, aumentando assim ainda mais o potencial da bio-manufatura.”
Esta 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).
