Como o PET vira L-DOPA para Parkinson com E. coli da Universidade de Edimburgo

Uma equipa de investigação no Reino Unido conseguiu converter resíduos de plástico num princípio activo que é, a nível mundial, uma terapia de referência na doença de Parkinson. O que parece tirado de ficção científica foi obtido em laboratório com bactérias geneticamente modificadas - e, a prazo, pode mexer tanto com a indústria farmacêutica como com a forma como lidamos com os plásticos.

Como das garrafas nasce um fármaco para o cérebro

No centro do trabalho está um plástico omnipresente: o PET (polietileno tereftalato), o material de que são feitas a maioria das garrafas de água e refrigerantes. A indústria produz cerca de 50 milhões de toneladas deste polímero todos os anos, em todo o mundo. Uma parte significativa acaba no oceano, em aterros, ou é reciclada de forma “downcycling”, gerando produtos de menor valor.

A equipa liderada pelo químico Stephen Wallace, da Universidade de Edimburgo, quis demonstrar que este resíduo, muitas vezes visto como “sem valor”, pode tornar-se matéria-prima para algo de elevado valor acrescentado. Para isso, os investigadores aplicam um processo em duas etapas:

• Primeiro, o PET é decomposto quimicamente nos seus blocos fundamentais, sobretudo em ácido tereftálico.
• Depois, esse ácido é fornecido como substrato a bactérias E. coli geneticamente modificadas.

Estas bactérias foram equipadas com vias metabólicas introduzidas artificialmente. Através das enzimas correspondentes, transformam o ácido tereftálico de tal forma que, no final, é produzido L-DOPA - um fármaco com papel central, há décadas, no tratamento da doença de Parkinson.

O laboratório transforma um problema ambiental numa fonte de recursos: o lixo plástico passa a ser matéria-prima para um medicamento já estabelecido contra uma doença neurológica grave.

A ideia pode ser comparada a uma fábrica microscópica: os microrganismos absorvem os átomos de carbono que vêm do plástico e reconstroem-nos em novas estruturas. O resultado é uma substância com utilidade farmacêutica, cuja produção tem sido, em grande medida, baseada em química derivada do petróleo.

O que o L-DOPA faz na doença de Parkinson

A doença de Parkinson afecta sobretudo pessoas mais velhas. Com o tempo, degeneram neurónios no cérebro responsáveis por produzir dopamina, um mensageiro químico essencial. A falta desse neurotransmissor manifesta-se em sinais típicos como tremor, lentificação dos movimentos e rigidez muscular.

O L-DOPA - também conhecido como levodopa - funciona como precursor da dopamina. Depois de administrado, chega ao cérebro e é aí convertido em dopamina. Para muitas pessoas, isto traduz-se numa melhoria clara da capacidade de gerir o dia a dia, pelo menos durante vários anos.

A necessidade é elevada. Só no Reino Unido, estimativas apontam para cerca de 166.000 pessoas a viver com Parkinson, um número que tende a aumentar. No resto do mundo, a prevalência também cresce, enquanto a produção do fármaco continua a assentar quase totalmente em processos petroquímicos dispendiosos e com impacto climático.

Pela primeira vez: um medicamento obtido a partir de lixo plástico

O estudo, publicado na revista Nature Sustainability, é apresentado como um marco. Nunca antes um processo biológico tinha convertido directamente um resíduo plástico num medicamento aprovado para uma doença neurológica.

Especialistas enquadram este tipo de abordagem no conceito de “bio-valorização”: por via de sistemas biológicos, um material de baixo valor - ou problemático - é convertido num produto com utilidade muito superior, neste caso um fármaco.

Em vez de triturar o plástico para o transformar num granulado de menor valor, os átomos de carbono são aproveitados de forma dirigida para gerar moléculas de alto valor.

O grupo de Wallace já tinha demonstrado que, com a mesma plataforma baseada em PET, é possível produzir outras substâncias, incluindo:

• Vanilina - um composto aromático com cheiro e sabor a baunilha
• Ácido adípico - um componente relevante na produção de plásticos e fibras
• Paracetamol - um analgésico e antipirético amplamente utilizado

Com o L-DOPA, adiciona-se agora um alvo directamente ligado à prática clínica. Com isso, aumenta de forma significativa o conjunto de moléculas que, em teoria, podem ser obtidas por esta via.

Entre a protecção do clima e a prestação de cuidados de saúde

O projecto decorre no Carbon-Loop Sustainable Biomanufacturing Hub, um centro de investigação financiado por um organismo britânico com um montante de dezenas de milhões. Aí, equipas de química, biologia e engenharia de processos trabalham em métodos para converter resíduos industriais em compostos úteis.

A proposta toca em dois desafios centrais das sociedades actuais:

• a pressão causada pelo lixo plástico, detectável em solos, cursos de água e até no corpo humano
• a dependência da indústria farmacêutica de matérias-primas fósseis e de métodos de fabrico com elevado consumo energético

Se, no futuro, uma parte da produção de medicamentos passar a usar restos de plástico como base, as emissões poderão diminuir e, ao mesmo tempo, as taxas de reciclagem poderão aumentar. Para os fabricantes, abre-se ainda a possibilidade de diversificar cadeias de abastecimento e reduzir a exposição às oscilações do preço do petróleo.

Porque é que isto ainda não chega à farmácia

Apesar do impacto dos resultados laboratoriais, a aplicação em grande escala está ainda numa fase inicial. Os próprios investigadores apontam várias dificuldades:

• As bactérias têm de trabalhar muito mais depressa para que a produção seja economicamente atractiva.
• A quantidade de L-DOPA obtida por cada volume de plástico continua, por agora, demasiado baixa.
• É necessário baixar mais os custos de fermentadores, meios nutritivos e purificação do princípio activo.
• Falta uma avaliação ecológica e económica completa de todo o processo.

Acrescem as exigências regulatórias. Mesmo sendo o L-DOPA quimicamente idêntico, quer venha do petróleo quer do plástico, as autoridades avaliam ao detalhe como é o processo produtivo, que impurezas podem surgir e se é possível removê-las com segurança.

Quão seguras são bactérias geneticamente modificadas?

No debate público, a engenharia genética gera com frequência desconforto. Neste caso, porém, as bactérias são mantidas em fermentadores fechados. Não são libertadas no ambiente e, no produto final (L-DOPA), já não existem microrganismos vivos.

Aliás, o uso de bactérias geneticamente modificadas é há muito uma prática consolidada na indústria farmacêutica. A insulina utilizada por pessoas com diabetes é produzida assim há décadas. Também várias vacinas modernas assentam em princípios próximos. A novidade desta técnica é aplicar essa tradição industrial a um novo tipo de matéria-prima, em escala potencialmente relevante: o lixo plástico.

O que esta abordagem pode significar para o futuro

O trabalho sugere um caminho possível: em vez de serem apenas incinerados, depositados em aterro ou reprocessados por fusão, os resíduos de plástico podem tornar-se base para uma gama ampla de produtos. Para lá de medicamentos, entram no horizonte fragrâncias, corantes e químicos especializados.

Para autarquias e operadores de gestão de resíduos, isto pode representar um mercado adicional. O PET recolhido separadamente - por exemplo, através de sistemas de depósito e devolução - tende a ser relativamente limpo. Pode fazer sentido combinar reciclagem convencional com valorização biotecnológica: uma parte do PET regressa ao ciclo como garrafas, outra é encaminhada para fermentadores para ser transformada em princípios activos.

Para doentes com Parkinson, o ponto, a curto prazo, não é o aparecimento de um “novo milagre” terapêutico, mas sim perceber se tratamentos comprovados poderão, no longo prazo, tornar-se mais fiáveis, mais amigos do clima e talvez mais acessíveis. Se a procura continuar a aumentar, uma via adicional de produção a partir de resíduos poderá ajudar a reduzir riscos de escassez.

Termos como “bio-valorização” ou “biologia sintética” podem soar técnicos, mas traduzem uma ideia simples: adaptar microrganismos para fazerem, de forma eficiente, aquilo que a química tradicional muitas vezes só consegue à custa de muita energia. Juntando essa capacidade às enormes quantidades de plástico já em circulação, emerge uma ferramenta poderosa para uma indústria que procura usar recursos com mais parcimónia.