Soluções de tamanho de mordida | Biotecnologia da natureza

A cada ano, mais de 460 milhões de toneladas de plástico são produzidas e cerca de 20 milhões de toneladas de plástico acabam em nosso ambiente. Essa poluição plástica ajuda a impulsionar a perda de biodiversidade globalmente, impactando ecossistemas, economias e nosso clima. Quando não reciclados, os plásticos se degradam naturalmente em pedaços cada vez menores e, eventualmente, em microplásticos (com menos de 5 milímetros de comprimento) e nanoplásticos (menos de 1 micrômetro). Esses micro e nanoplásticos foram encontrados em todo o corpo humano- no pulmão, na placenta e no sangue.

Um estudo recente em Medicina da natureza analisados ​​micro e nanoplásticos em amostras de tecido cerebral humano, encontrando mais em amostras de 2024 do que em amostras de apenas 8 anos antes¹. Não é de surpreender que os plásticos estejam lá – é surpreendente que a concentração seja tão alta. O cérebro tem 7 a 30 vezes mais plástico do que tecidos como fígado e rim. As implicações de saúde disso não são claras.

As bactérias que comem plástico podem ser uma solução para interromper o acúmulo de microplásticos em nossos tecidos. Desde que as primeiras bactérias capazes de quebrar plásticas foram descobertas e publicadas em Ciência Em 2016 (ref. ²), os pesquisadores procuraram outros micróbios contendo enzimas que podem degradar naturalmente os plásticos mais comuns, como polietileno, cloreto de polivinil, polipropileno e tereftalato de polietileno (PET). Tais micróbios, no entanto, são uma descoberta rara – os plásticos são materiais relativamente novos e acredita -se que a maioria dos micróbios não tenha tempo suficiente para desenvolver fortes vias de degradação contra eles. Além disso, cada tipo de plástico é estruturalmente diferente. Eles compartilham certos recursos, no entanto, que os micróbios podem achar apetitoso. Em alguns casos, as ligações químicas que conectam os monômeros que constituem podem ser semelhantes entre si. Mais importante, suas ligações químicas podem compartilhar estruturas com títulos encontrados em substratos naturais. Quando esses títulos estão presentes em substratos naturais, é mais provável que sejam reconhecidos e quebrados por enzimas produzidas por um micróbio. Um exemplo é os títulos éstres presentes no animal de estimação³. Por outro lado, as ligações carbono-carbonas presentes em plásticos de uso único, como polietileno, cloreto de polivinil e polipropileno, só demonstraram ser degradados por algumas enzimas específicas⁴.

Micróbios que produzem enzimas degradadoras plásticas foram encontradas minerando bancos de dados metagenômicos existentes ou pela cultura de bactérias encontradas em locais de resíduos plásticos. Alguns, como o micróbio X-32 descoberto pela quebra da startup, degradam vários tipos de plásticos naturalmente. A empresa está atualmente descobrindo como isolar a (s) enzima (s) produzida por X-32 que quebra esses plásticos para produzir dióxido de carbono, água e biomassa. Os micróbios projetados podem ser distribuídos e aplicados em superfícies plásticas. Eventualmente, eles poderiam se espalhar para o solo ou hidrovias.

Mas adicionar micróbios projetados às hidrovias não é direto. Eles geralmente não são adaptados ao meio ambiente e são eliminados rapidamente. Recentemente, os pesquisadores mostraram que os micróbios nativos de um ambiente podem ser projetados para expressar vias metabólicas que degradam com sucesso resíduos de plástico através de transferências naturais de material genético entre bactérias. As bactérias foram projetadas para transportar um plasmídeo que transportava um gene de hidrolase de estimação, que foi transferido e usado por bactérias nativas próximas no ambiente⁵.

Outros propõem a adição de enzimas degradadoras de plástico diretamente a áreas de poluções plásticas, ignorando a necessidade de cultura bacteriana⁶. O Biotech Carbios francês usa enzimas microbianas isoladas para quebrar o animal de estimação. A empresa introduziu uma série de mutações na enzima envolvida, acelerando o processo de degradação para despolimerizar 90% do PET em 10 h.

Algoritmos de design de proteínas como Alphafold e IA generativa terão um enorme impacto nesse espaço. As enzimas para degradar o PET são um exemplo disso. Os algoritmos de aprendizado de máquina permitiram que esse campo se movesse rapidamente, e essas enzimas já foram usadas para projetar hidrolase robusta e robusta para animais de estimação⁷. O design da enzima de novo por meio de aprendizado de máquina generativo é um caminho claro, desenvolvendo enzimas que a natureza ainda não foi capaz de evoluir para degradar uma variedade de plásticos⁸.

Ainda há muito a ser descoberto. Principalmente, os microplásticos que estão em nosso ambiente e nossos corpos foram desgastados e transformados por processos naturais. Eles não foram totalmente caracterizados e é improvável que sejam estruturalmente idênticos aos micro e nanoplásticos não modificados e quimicamente uniformes que os pesquisadores estão usando nos laboratórios. Resta saber se as enzimas desenvolvidas no laboratório estão funcionais contra polímeros mais diversos. Os cientistas também precisarão estabelecer exatamente como os plásticos afetam nossa saúde.

Como qualquer tecnologia emergente, existem gargalos que trazem enzimas degradadoras de plástico para uso em larga escala. É difícil aumentar as abordagens baseadas em células, pois as bactérias cultivadas se comportam de maneira diferente em grandes biorreatores. A maioria das superfícies plásticas também é hidrofóbica, dificultando as enzimas e os micróbios. A adição de biossurfactantes específicos pode aumentar a biodegradabilidade de vários plásticos, expondo mais polímeros na superfície, permitindo uma melhor adesão de micróbios⁹.

Embora esteja claro que os plásticos prejudicam a vida marinha – e é aqui que as iniciativas até agora foram focadas – o impacto na saúde humana é menos bem definido. Como são diferentes de produtos químicos ou materiais, como amianto em sua diversidade de tamanho, forma e composição química, não se enquadram na mesma regulamentação. E como eles não estão bem definidos, isso dificulta a regular em escala global. Mas com mais e mais pesquisas saindo microplásticas correlacionadas no corpo humano com doenças como neurodegeneração, doença inflamatória intestinal¹⁰ e problemas cardíacos¹¹reguladores e financiadores devem começar a agir. O governo francês apoiou Carbios, mas o mundo precisa de muitas instalações menores para trabalhar com uma perspectiva de carbono/taxa de custo. Idealmente, as pessoas teriam a capacidade de degradar plásticos em seus próprios quintais, ao lado de caixas de compostagem alimentar, em vez de confiar em grandes empresas de descarte de resíduos e boa vontade política.

A solução deve ser dupla. O mundo deve reduzir o uso e a produção de plástico e, ao mesmo tempo, descobrir a melhor maneira de quebrar os resíduos que se acumulam há anos. Em 2022, o Programa do Meio Ambiente das Nações Unidas deixou de lado dois anos para negociar um tratado internacional para resolver o problema da poluição plástica, mas nenhum tratado foi alcançado até o final de 2024, e as discussões continuarão este ano. Se quantidades maciças de resíduos plásticos em nossos oceanos não puderem mudar a política, talvez a descoberta de que as próximas gerações tenham o equivalente ao valor de uma colher de plástico em microplásticos em seu cérebro.