Os microrganismos desenvolveram plástico biodegradável muito antes de os humanos começarem a produzi-lo. 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 assumem que apenas os microrganismos podem decompor estes plásticos naturais. Uma nova investigação do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha em Bremen, Alemanha, desafia agora essa ideia. Num estudo publicado em 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 degradar os PHAs microbianos. A descoberta aponta para um caminho até então desconhecido através do qual o carbono armazenado pelos micróbios pode passar para a cadeia alimentar animal.
Um implacável verme marinho revela uma habilidade oculta
A investigação começou com um verme marinho incomum chamado olávio do algarve. Ao contrário da maioria dos animais, não tem boca nem intestino. Em vez disso, o verme depende de bactérias simbióticas que vivem sob a pele, que digere como fonte de nutrição.
“Um dos simbiontes bacterianos do verme armazena enormes quantidades de carbono na forma de PHA”, diz a autora correspondente Nicole Dubilier, diretora do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha. “Nós nos perguntamos se o verme teria desenvolvido uma forma de acessar esse rico armazenamento de energia.”
A resposta foi: sim. Os pesquisadores identificaram uma enzima no verme que pode quebrar os PHAs microbianos em moléculas menores que os animais podem usar. Imagens de alta resolução também revelaram que a enzima é produzida no mesmo local onde o verme digere suas bactérias parceiras. Esta descoberta indica que o verme pode utilizar as reservas de PHA armazenadas dentro de suas bactérias simbióticas.
A busca não parou em um único verme marinho. Quando a equipe examinou mais extensivamente os genomas dos animais, encontrou enzimas relacionadas em mais de 66 espécies, abrangendo nove filos diferentes. Testes de laboratório mostraram que enzimas de animais muito distantes, incluindo esponjas, minhocas e colêmbolos, também podem degradar os PHAs microbianos.
“Esta foi uma verdadeira surpresa”, diz a primeira autora Caroline Zeidler, do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha. “O que começou como uma descoberta num único inseto marinho tornou-se uma capacidade generalizada partilhada por animais de ramos muito diferentes da árvore da vida.”
Bioplásticos PHA
Os PHA servem como armazenamento de energia microbiana e carbono, mas também são usados para fabricar plásticos biodegradáveis. Na produção industrial, as bactérias são cultivadas dentro de 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 como o plástico.
Os plásticos à base de PHA podem ser moldados, resistir relativamente bem à água e permanecer estáveis o suficiente para uma variedade de usos diários. Eles são utilizados em produtos como embalagens de alimentos e materiais de higiene. Na agricultura, os fertilizantes podem ser encapsulados dentro de esferas de PHA que libertam lentamente o seu conteúdo à medida que o plástico se decompõe. As aplicações médicas incluem curativos para feridas, sistemas de administração de medicamentos e implantes reabsorvíveis ou suturas que se dissolvem lentamente dentro do corpo.
Os PHAs são particularmente notáveis devido à sua circularidade biológica: são criados por microrganismos e também podem ser decompostos através de processos biológicos. No entanto, atualmente representam apenas uma pequena parcela do mercado de bioplásticos. Isto pode mudar à medida que a procura por materiais biodegradáveis de base biológica continua a crescer e a capacidade de produção global de bioplásticos deverá aumentar significativamente nos próximos anos.
As novas descobertas acrescentam outra dimensão a este quadro, revelando que muitos animais aquáticos e terrestres também possuem enzimas capazes de decompor os PHAs.
Os bioplásticos naturais estão difundidos no meio ambiente
Os PHAs microbianos são encontrados naturalmente em solos, sedimentos e ambientes aquáticos em todo o mundo. Os microrganismos produzem-nos quando têm mais carbono do que necessitam imediatamente e armazenam esse excesso para utilização posterior. Os PHAs também estão entre os relativamente poucos plásticos naturais que são completamente biodegradáveis.
O interesse nos PHAs aumentou à medida que são cada vez mais fabricados como alternativas sustentáveis aos plásticos tradicionais. Como resultado, os cientistas estão prestando mais atenção à forma como estes materiais se decompõem em ambientes naturais.
As descobertas de Dubilier e dos seus colegas sugerem que os animais podem ajudar a degradar os bioplásticos naturais juntamente com os microrganismos. Mais importante ainda, os resultados mostram que os animais podem aceder a reservas de carbono microbiano que os cientistas anteriormente pensavam que não estavam disponíveis para eles.
“O nosso estudo muda a nossa compreensão sobre quem pode utilizar estas reservas de carbono microbiano”, diz a co-autora Maggie Sogin, que fez grande parte do trabalho no Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha e é agora professora assistente na Universidade da Califórnia, Merced. “Os animais provavelmente têm se alimentado de bioplásticos nativos da natureza há centenas de milhões de anos – só estamos descobrindo isso agora.”
Um novo caminho no ciclo do carbono
Os cientistas ainda não sabem quão comum é este processo nos ecossistemas naturais ou até que ponto contribui para a ciclagem global do carbono. Ainda assim, a descoberta proporciona uma nova forma de pensar sobre a relação entre microrganismos e animais.
Também mostra como a investigação sobre organismos incomuns pode revelar processos biológicos que permaneceram ocultos, apesar de potencialmente operarem durante centenas de milhões de anos.
