Cientistas desenvolvem enzima que degrada plástico

Resultado foi obtido a partir de pesquisa internacional que contou com a participação de especialistas do IQ-Unicamp

Metade da produção anual brasileira de PET, estimada em 550 mil toneladas, não é reciclada e tem como destino os aterros, lixões e rios, gerando um sério problema ambiental para o país. No mundo, o quadro é ainda mais grave: cerca de oito milhões de toneladas de recipientes plásticos são lançadas todos os anos nos oceanos. Descoberta recente de um grupo internacional de cientistas, com participação de especialistas da Unicamp, pode contribuir para minimizar esse tipo de poluição. Os pesquisadores desenvolveram uma enzima, denominada PETase, que degrada com eficiência o PET. A substância divide o material polimérico em pequenas unidades, favorecendo assim a sua reciclagem.

O grupo responsável pelo estudo reúne pesquisadores da Universidade de Portsmouth (Reino Unido), do Laboratório Nacional de Energias Renováveis (NREL, Estados Unidos) e da Unicamp, mais especificamente do Centro de Pesquisa em Engenharia e Ciências Computacionais (CCES, na sigla em inglês – um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) financiados pela Fapesp), sediado no Instituto de Química (IQ) da Universidade. Participaram diretamente da pesquisa o pós-doutorando Rodrigo Leandro Silveira e seu supervisor, o professor Munir Skaf, que também responde pela direção do CCES e pela Pró-Reitoria de Pesquisa (PRP). Rodrigo conta que o trabalho teve início após a descoberta, por uma equipe japonesa, em 2016, de uma bactéria encontrada na natureza batizada de Ideonella sakaiensis.

Foto: Perri
O pós-doutorando Rodrigo Leandro Silveira: a PETase tem facilidade de atuar no nível molecular do plástico e degradá-lo

Ao analisar o organismo, os japoneses constataram que ele utilizava o PET como fonte de energia. Numa linguagem mais popular, a bactéria “devorava” o plástico em poucos dias, processo que a natureza levaria dezenas de anos para fazer. Os cientistas verificaram também que a responsável pelo processo de degradação do polímero era a PETase. A partir desse ponto, a investigação entrou numa segunda etapa, envolvendo os outros três centros de pesquisa. “Inicialmente, foi feito um esforço para obter a estrutura tridimensional da enzima e, posteriormente, coube à equipe da Unicamp utilizar modelos computacionais para entender seu funcionamento em nível molecular”, explica Silveira.

Um dos procedimentos adotados, segundo o professor Skaf, foi comparar a PETase a outras enzimas muito parecidas do ponto de vista molecular, mas que não têm a capacidade de degradar plástico. O objetivo era estabelecer claramente a diferença de comportamento dinâmico entre as enzimas, ampliando dessa maneira o entendimento sobre o mecanismo utilizado pela “devoradora” de PET. “Uma ideia que surgiu desses estudos, ainda na tentativa de entender melhor essa questão, foi modificar geneticamente a PETase e torná-la mais similar a uma cutinase, enzima que não degrada eficientemente polímeros como o PET. Isso foi feito, mas durante os ensaios nossos colegas de Portsmouth constaram que ocorreu justamente o contrário, ou seja, a enzima foi melhorada”, relata Silveira.

De volta aos modelos computacionais, o pós-doutorando decifrou alguns pontos sobre a ação da enzima mutante. “A PETase interage melhor com o polímero. Ela tem facilidade de atuar no nível molecular do plástico e degradá-lo. A nossa hipótese, que dependerá de novas pesquisas para ser confirmada, é de que a enzima primeiro afrouxa a estrutura do PET para depois degradá-lo em suas unidades formadoras. Ocorre o que classificamos tecnicamente de descristalização”, pormenoriza Silveira.

O professor Skaf esclarece, porém, que a ação da PETase não faz com que polímero desapareça completamente. Sobram pequenas moléculas, que podem ser transformadas em matéria-prima para a fabricação de inúmeros produtos, que vão desde fármacos até biocombustíveis. “O próximo passo será compreender um pouco mais sobre o mecanismo de degradação, para depois tentarmos melhorar ainda mais essa enzima. A última etapa será produzi-la em escala industrial, de modo que possa ser utilizada largamente nos processos de reciclagem”, adianta o pró-reitor de Pesquisa.

Foto: Perri
O pró-reitor de Pesquisa da Unicamp, Munir Skaf: estudos dessa natureza são muito importantes porque contribuem para o esforço de internacionalização da Universidade

O docente coordena uma linha de pesquisa que vem trabalhando, há dez anos, com simulações computacionais de sistemas envolvidos na degradação de biomassa lignocelulósica. O objetivo é entender a arquitetura molecular da parede celular das plantas e então decifrar de que modo enzimas podem agir sobre essa estrutura, degradando-a. “É um estudo que tem muita similaridade com o que foi feito com a PETase. Aliás, foi por causa dessa abordagem que o Rodrigo foi estagiar por um ano no NREL. Ele foi aprender algumas técnicas novas para estudar enzimas, e não para trabalhar especificamente com a PETase. Essa oportunidade surgiu depois. Como ele era um profissional muito preparado, foi convidado para integrar a equipe. Ele era a pessoa certa, no lugar certo e com a qualificação adequada para participar desse esforço internacional”, analisa Skaf.


Internacionalização

Na avalição do pró-reitor de Pesquisa, ações colaborativas como a pesquisa em torno da PETase são muito importantes porque contribuem para o esforço de internacionalização da Universidade. “A ciência é uma atividade global. Nossas pesquisas são feitas principalmente aqui, mas estamos conectados com o resto do planeta. Isso agrega valor às investigações. No caso em questão, sem os estudos experimentais, feitos pelos parceiros estrangeiros, nós não teríamos a estrutura da enzima. Do mesmo modo, sem os estudos do Rodrigo, não teríamos o entendimento da ação e nem a melhoria da enzima”, exemplifica.

Reprodução
Modelo computacional ilustrando uma cadeia polimérica de PET (cinza) inserida no sítio ativo da PETase (azul) pronta para ser degradada

O raciocínio é compartilhado por Silveira. “A cooperação é essencial, do contrário corremos o risco de criar um ambiente competitivo e de duplicarmos esforços. Não é incomum que diferentes grupos de pesquisa trabalhem com os mesmos problemas, utilizando as mesmas estratégias. Por isso, é fundamental que juntemos esforços. Nesse aspecto, vale registrar que, quando atuamos de forma colaborativa, nós tanto absorvemos quanto transmitimos conhecimentos”, assegura.

Outro ponto fundamental relativo a esse tipo de esforço científico, acrescenta o professor Skaf, é a oportunidade de os pesquisadores trabalharem num ambiente multidisciplinar, no qual um biólogo aprende com um químico computacional e vice-versa. “Além de ser desafiador, esse tipo de abordagem imprime mais velocidade ao avanço da ciência. Daí a importância dos financiamentos das agências de fomento, principalmente a Fapesp [Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo], que nos permitem explorar o melhor das nossas competências”, raciocina o pró-reitor de Pesquisa. O estudo rendeu artigo publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), uma das mais prestigiadas do mundo. A íntegra do texto pode ser acessada neste endereço eletrônico: http://www.pnas.org/content/early/2018/04/16/1718804115.

 

 

Imagem de capa JU-online

Audiodescrição: Em área externa, imagem panorâmica, às margens de um amplo rio, à direita, milhares de garrafas pet coloridas amassadas e acumuladas. À esquerda da imagem, há um barranco e algumas árvores, enquanto que ao fundo há uma densa floresta com árvores comuns da Europa e América do Norte. O tempo está parcialmente nublado. Imagem 1 de 1.