Os microrganismos desenvolveram plásticos biodegradáveis muito antes de os humanos começarem a fabricá-los. Muitas bactérias e archaea produzem naturalmente compostos chamados polihidroxialcanoatos (PHAs), que armazenam dentro de suas células como reservas de carbono e energia.
Os cientistas há muito que presumem que apenas os microrganismos poderiam decompor estes plásticos naturais. Uma nova investigação do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha em Bremen, Alemanha, desafia agora essa ideia. Em um estudo que Ecologia e evolução da naturezaOs pesquisadores descobriram que uma grande variedade de animais, incluindo vermes marinhos, estrelas do mar, minhocas e outras espécies terrestres, possuem enzimas que podem decompor os PHAs microbianos. A descoberta aponta para um caminho até então desconhecido pelo qual o carbono armazenado pelos micróbios pode ser transportado para as cadeias alimentares animais.
Um implacável verme marinho revela uma habilidade oculta
A pesquisa começou com um verme marinho incomum chamado Olavio do Algarve. Ao contrário da maioria dos animais, não possui boca nem intestinos. Em vez disso, o verme depende de bactérias simbióticas que vivem sob a pele e o digerem como fonte de nutrição.
“Um dos simbiontes bacterianos do verme armazena grandes quantidades de carbono como PHA”, diz Nicole Dubilier, diretora do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha. Ficamos imaginando se o verme teria desenvolvido uma forma de acessar esse rico estoque de energia.
A resposta foi: sim. Os pesquisadores identificaram uma enzima no verme que pode converter PHAs microbianos em moléculas menores que os animais podem usar. A imagem de alta resolução também mostrou que a enzima é produzida no mesmo local onde o verme digere suas parceiras bacterianas. Esta descoberta sugere que este verme pode penetrar nas reservas de PHA armazenadas nas suas bactérias simbióticas.
A descoberta não parou apenas com um verme marinho. Quando a equipe analisou de forma mais ampla os genomas dos animais, encontrou enzimas relacionadas em mais de 66 espécies, abrangendo nove filos diferentes. Experimentos de laboratório mostraram que enzimas de animais distantes, incluindo esponjas, minhocas e colêmbolos, também podem degradar os PHAs microbianos.
“Foi uma verdadeira surpresa”, diz a primeira autora Caroline Seidler, do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha. O que começou como uma descoberta num verme marinho revelou-se uma ampla capacidade partilhada por animais de ramos muito diferentes da árvore da vida.
Bioplásticos PHA
Os PHAs atuam como reservas de energia microbiana e carbono, mas também são usados para produzir plásticos biodegradáveis. Na produção industrial, as bactérias são cultivadas em grandes tanques de fermentação e alimentadas com materiais ricos em carbono, como açúcares, amidos ou óleos vegetais. Nas condições certas, as bactérias produzem grandes quantidades de PHA. Esses compostos podem então ser extraídos e transformados em materiais semelhantes ao plástico.
Os plásticos à base de PHA podem ser moldados, têm resistência à água relativamente boa e são estáveis o suficiente para uma variedade de usos diários. Eles são utilizados em produtos como embalagens de alimentos e produtos de higiene. Na agricultura, os fertilizantes podem ser encapsulados dentro de esferas de PHA, que libertam gradualmente o seu conteúdo à medida que o plástico se decompõe. As aplicações médicas incluem curativos para feridas, sistemas de administração de medicamentos e implantes ou suturas absorvíveis que se degradam lentamente no corpo.
Os PHAs são particularmente notáveis pela sua circularidade biológica: são produzidos por microrganismos e também podem ser degradados através de processos biológicos. No entanto, atualmente representam apenas uma pequena parcela do mercado de bioplásticos. Isto poderá mudar à medida que a procura por materiais biodegradáveis de base biológica aumentar e se espera que a capacidade de produção global de bioplásticos aumente significativamente nos próximos anos.
Novas descobertas acrescentam outra dimensão a este quadro, mostrando que muitos animais aquáticos e terrestres transportam enzimas capazes de decompor o PHA.
Os bioplásticos naturais estão difundidos no meio ambiente
Os PHAs microbianos são encontrados naturalmente no solo, sedimentos e ambientes aquáticos em todo o mundo. Os microrganismos os produzem quando têm mais carbono do que necessitam imediatamente e armazenam o excesso para uso posterior. Os PHAs também estão entre os poucos plásticos naturais que são completamente biodegradáveis.
O interesse nos PHAs aumentou à medida que são cada vez mais produzidos como alternativas sustentáveis aos plásticos convencionais. Como resultado, os cientistas estão prestando mais atenção à forma como estas substâncias se decompõem em ambientes naturais.
As descobertas de Dubilier e colegas sugerem que os animais podem ajudar a degradar os bioplásticos naturais juntamente com os microrganismos. Ainda mais importante, os resultados mostram que os animais podem aceder ao armazenamento microbiano de carbono que os cientistas anteriormente pensavam ser inacessível.
“Nosso estudo muda nossa compreensão de quem pode usar esses estoques de carbono microbiano”, disse a coautora Maggie Soggin, que fez grande parte do trabalho no Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha e agora é professora assistente na Universidade da Califórnia, em Mercedes. “Os animais provavelmente têm se alimentado dos bioplásticos originais da natureza há centenas de milhões de anos – só agora estamos descobrindo isso”.
Um novo caminho no ciclo do carbono
Os cientistas ainda não sabem até que ponto este processo é comum nos ecossistemas naturais ou até que ponto contribui para o ciclo global do carbono. No entanto, a descoberta oferece uma nova forma de pensar sobre a relação entre microrganismos e animais.
Também mostra como a investigação em organismos incomuns pode revelar processos biológicos que permaneceram ocultos apesar de centenas de milhões de anos de função potencial.
