Estudo do metabolismo de polietileno : desvendando as estratégias metabólicas microbianas envolvidas na biodegradação de plásticos

Abstract

O polietileno (PE) é o polímero sintético mais amplamente utilizado, cuja produção mundial atinge cerca de 150 milhões de toneladas por ano. Como consequência de suas características físico-químicas, o PE é extremamente recalcitrante e resistente ao ataque microbiano, sendo necessários mais de 100 anos para que se decomponha em ambientes naturais. Em virtude da ausência de estratégias eficientes para a gestão dos plásticos pós-consumo, esses materiais inertes acumulam-se nos ecossistemas acarretando dramáticas consequências à sociedade e aos ambientes naturais. Diante do crescente problema imposto pela alta produção desses materiais, foram isoladas a partir de debris plásticos descartados no solo do Cerrado 9 bactérias pertencentes aos gêneros Comamonas, Delftia e Stenotrophomonas capazes de degradar PE de altíssima massa molecular sem a necessidade de pré-tratamentos. Esses isolados apresentaram notáveis atividade metabólica e viabilidade celular após 90 dias de incubação na presença de PE como única fonte de carbono e energia, o que indica que estes são capazes de prosperar por longos períodos expostos a essa condição. As alterações das características físico-químicas e estruturais do PE induzidas pela biodegradação, como composição química, cristalinidade, viscoelasticidade, massa molecular e topografia, foram inferidas por meio do uso de diferentes técnicas espectroscópicas e microscópicas. O perfil químico do PE biodegradado aliado às análises em nível genômico e transcritômico indicam que esses isolados empregam na fragmentação oxidativa desse polímero estratégias metabólicas nunca antes descritas, além do potencial envolvimento de oxidorredutases extracelulares nesta. Uma dessas estratégias é a modificação oxidativa do polímero mediada pela produção biótica de óxido nítrico. Ademais, foram identificadas mais de 15 oxidases potencialmente participantes desse processo degradativo. Até o nosso conhecimento, esse é o primeiro estudo que caracteriza o metabolismo completo de PE em nível celular, o qual foi realizado a partir da integração de abordagens experimentais, genômicas e transcritômicas. O estudo detalhado do metabolismo de PE possibilita a compreensão dos mecanismos moleculares que atuam na biodegradação em nível celular, o que emerge como condição fundamental para o desenvolvimento de estratégias sustentáveis com aplicações práticas na gestão dos resíduos plásticos e na descontaminação dos ambientes naturais, visando à proteção e restauração dos ecossistemas.