Bactérias são Treinadas para Converter Bio-resíduos em plástico

Treinando bactérias.
(Crédito: Cortesia da imagem da Delft University of Technology)

O pesquisador Jean-Paul Meijnen tem "treinado" bactérias para converter todos os principais açúcares de frutas, vegetais e resíduos de jardim em produtos ecológicos, como os bioplásticos. Ele estará defendendo sua tese de doutorado sobre o tema, que foi realizado no âmbito do programa B-Basic NWO, em 22 de novembro de 2010.

Há um grande interesse por bioplásticos hoje em dia. Os problemas técnicos relacionados com o bioplástico elaborado com batata utilizado na produção de óculos de sol, ou do plástico proveniente da cana de açúcar utilizado em amortecedores de carros, já foram resolvidos. Os métodos atuais, no entanto, não são muito eficientes: apenas uma pequena percentagem dos açúcares pode ser convertida em produtos de valor. Ao adaptar o padrão alimentar das bactérias e, posteriormente, treinando-as, Meijnen tem conseguido converter açúcares em materiais processáveis, de modo que nenhum dos bio-resíduos é desperdiçado. As matérias-primas favorecidas para tais processos são resíduos biológicos que sobram na produção de alimentos.

A Lignocelulose, a complexa combinação de lignina e celulose presentes no caule e folhas das plantas que lhes confere a rigidez, é esse material. A hidrólise da quebra das cadeias de açúcar da lignocelulose forma a espinha dorsal deste material, liberando as moléculas de açúcar. Estas moléculas de açúcar podem ainda ser processadas por bactérias e outros micro-organismos para formar substâncias químicas que podem ser usadas como base para os bioplásticos. O fruto da planta, como o milho, pode ser consumido como alimento, enquanto que os resíduos não utilizados, possuidores de lignocelulose servirão como matéria-prima para os bioplásticos.

Cortando o preço do processo

"Infelizmente, a produção de plásticos a partir de bio-resíduos ainda é um processo bastante caro, porque o material de resíduos não é totalmente utilizado", explica Jean-Paul Meijnen. (Deve-se notar aqui que estamos falando de bio-resíduos da agricultura, neste contexto, não estamos falando sobre os resíduos de jardim reciclado pelas famílias.) O pré-tratamento dos bio-resíduos leva à produção de vários tipos de açúcares como a glucose, xilose e arabinose. Esses três juntos formam cerca de oitenta por cento dos açúcares dos bio-resíduos. O problema é que as bactérias só podem digerir a glicose, mas não a xilose ou arabinose. Como resultado, um quarto dos oitenta por cento continua sem uso. 'A maneira lógica de redução do preço de custo dos bioplásticos é, portanto, "ensinar" as bactérias a digerir a xilose e arabinose também.

T Enzimas

Para digerir a axilose as bactérias são geneticamente modificadas através da inserção de fragmentos específicos de DNA na célula, o que lhes permite produzir enzimas que auxiliam na conversão de xilose em uma molécula que as bactérias podem lidar. Meijnen tem conseguido isso através da introdução de dois genes de outra bactéria (E. coli) que codificam as duas enzimas que permitem a xilose a ser convertido em um processo de dois estágios em uma molécula que a batéria Pseudomonas putida S12 pode digerir.

Evolução

Este método deu certo, mas não é muito eficiente: apenas vinte por cento da xilose presente foi digerida. As bactérias geneticamente modificadas foram, portanto, "treinadas" para digerir mais xilose. Meijnen fez isso, submetendo as bactérias a um processo evolutivo, sucessivamente, selecionando as bactérias que apresentaram os melhores desempenhos. Após três meses deste processo de melhoria, as bactérias poderiam rapidamente digerir toda a xilose presente no meio. E, surpreendentemente, estas bactérias treinadas também podiam digerir a arabinose, e assim foram capazes de lidar com os três principais açúcares dos bio-resíduos. Meijnen também incorporou outros genes, a partir da bactéria Caulobacter crescentus. Este procedimento também se mostrou eficaz e eficiente desde o início.

Mistura

Finalmente, em um projeto separado Meijnen conseguiu modificar uma cepa de Pseudomonas putida S12 que havia sido modificada para produzir para-hidroxibenzoato (PHB), um membro da classe de produtos químicos conhecidos como parabenos, que são amplamente utilizados como conservantes em cosméticos e indústrias farmacêuticas. Meijnen testou a habilidade dessas bactérias para produzir PHB, uma substância bioquímica, a partir da xilose e outras fontes, como a glicose e glicerol. Ele resumiu os seus resultados como segue: «Esta estratégia também se mostrou bem-sucedida, permitindo-nos fazer substâncias bioquímicas, tais como PHB a partir do glicerol, glicose e xilose. Na verdade, o uso de misturas de glicose e xilose, ou glicerol e xilose, dá melhor produção de PHB que o uso de matérias-primas misturadas. Isto significa que, dando às bactérias bio-resíduos pré-tratados como material de partida estimula-os a fazer o PHB ainda mais. "

Fonte:http://www.sciencedaily.com

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