Prospecção de microorganismos com potencial para biodegradação de polietileno

Abstract

O polietileno é o polímero sintético mais largamente produzido e utilizado, de modo que sua produção mundial corresponde a aproximadamente 50 milhões de toneladas/ano, mais de um terço da produção total de polímeros sintéticos. Essa elevada produção é justificada pela alta versatilidade, resistência e durabilidade desses materiais, características promissoras para atender à alta demanda da sociedade. No entanto, essas aparentes qualidades consistem em uma dualidade de proporções catastróficas, visto que esses materiais, resistentes e duráveis, levam cerca de 100 a 500 anos para se decompor em ambientes naturais. Diante desse panorama, a sociedade enfrenta crescentes problemas conseqüentes da poluição gerada pela ineficiência das atuais técnicas de gestão desses materiais após seu descarte. Nesse contexto, a biodegradação emerge como alternativa sustentável, pois consiste na mineralização desses materiais mediante submissão ao metabolismo microbiano. Empregando-se técnicas de cultivo, embasadas na utilização de diferentes meios restritivos, foi possível isolar 647 microorganismos a partir de debris plásticos descartados em ambientes naturais. Esses isolados foram pré-selecionados com base em suas capacidades de degradar óleo mineral, alcano assimilável quimicamente semelhante ao polietileno. Os microorganismos que apresentaram esse fenótipo foram submetidos a culturas contendo o polietileno como única fonte de carbono. A fim de detectar indiretamente a ocorrência de biodegradação desse polímero, mensurou-se a viabilidade celular após diferentes períodos de cultivo. A atividade metabólica foi estimada por meio da quantificação do RNA total após o cultivo, além da visualização de microorganismos aderidos ao polietileno previamente corados com os fluoróforos SYTO9® e iodeto de propídio, repórteres de viabilidade celular. Ao todo, três diferentes gêneros de bactérias, Comamonas sp., Deftia sp. e Stenotrophomonas sp., compreendem os nove isolados que se apresentaram como potenciais biodegradadores de polietileno. Em virtude dos resultados encontrados, depreende-se que o presente estudo contribuirá a longo prazo para fornecer um manejo adequado, sustentável e lucrativo a esses materiais pós-consumo. ______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Polyethylene is the most consumed synthetic polymer with a current global prodution of 50 million tons per year. This significant production is due to it’s versatility, resistance and durability, promising features in relation to the increasing demand for polyethylene materials. However, these qualities imply an increasing ecological threat to natural environments, since they take from 100 to 500 years to deteriorate under environmental conditions. Consequently, all living organisms increasingly face the severe impact of disposed plastic materials accumulated all over the world. In this context, biodegradation rises as a sustainable alternative to manage these residues, proposing the submittion of these materials to mineralization by microbial metabolisms. By using different cultivation techniques, including cultivation under restrictive conditions, it was possible to isolate 647 microorganisms from plastic debris disposed on natural environments. These isolates were pre-selected based on their capabilities of degrading mineral oil, a relatively short-chain alkane chemically similar to polyethylene. The microorganisms presenting that phenotype were cultivated in restrictive culture medium containing a polyethylene film as the sole carbon source. In order to indirectly detect the polymer degradation, microbial viability was assessed through different periods of cultivation. In addition, metabolic activity was estimated through total RNA quantification, and the cells adhered to the films were visualized by fluorescence microscopy after staining following a fluorescence-based assay for bacterial viability. As a result, three novel bacterial genera, Comamonas sp., Delftia sp. and Stenotrophomonas sp., comprising nine different isolates, were shown to biodegrade polyethylene. Due to these findings, the present study will contribute to a future appropriate, sustainable and profitable management of the post-consume plastic materials.