Mais de 600.000 proteínas microbianas capazes de degradar plásticos naturais e sintéticos

Investigadores identificaram mais de 600.000 proteínas microbianas capazes de decompor plásticos naturais e sintéticos, distribuídas por quase todos os microrganismos conhecidos.

O estudo reposiciona a poluição por plástico como um problema que ocorre numa biosfera que já possui, de forma ampla, capacidade molecular para reagir.

Uma visão global dos microrganismos que degradam plástico

Ao analisar um catálogo mundial de proteínas microbianas, sinais recolhidos em oceanos, solos, fontes termais e amostras polares apontam para uma capacidade partilhada de degradar polímeros plásticos.

O Dr. Pere Puigbo, da Universidade de Turku, mostrou que estas proteínas associadas à degradação de plástico surgem em mais de 95% das espécies microbianas avaliadas.

Essa abrangência inclui tanto bactérias como arqueias, sugerindo que a aptidão não está restrita a grupos isolados, mas disseminada ao longo da vida microbiana.

Ainda assim, a simples presença destes genes não esclarece até que ponto se traduzem, de forma consistente, em degradação real de plástico em diferentes ambientes.

Construção do catálogo

A equipa organizou proteínas semelhantes em grupos ortólogos - famílias génicas que descendem de ancestrais comuns.

Com este método, foi possível comparar microrganismos muito distantes usando os mesmos critérios, mesmo quando provinham de habitats extremamente distintos.

Nos genomas de referência, estas proteínas ligadas ao plástico representaram cerca de 3,5% de todas as proteínas microbianas registadas.

Face à PlasticDB, uma base de dados anterior e mais pequena, o novo catálogo expandiu o âmbito da pesquisa de pouco mais de 100 enzimas para centenas de milhares.

Efeitos em plásticos complexos

Nem todos os plásticos pareceram igualmente suscetíveis, e os padrões mais nítidos surgiram quando a equipa agrupou os materiais pela sua química.

Entre os 39 tipos de plástico estudados, 11 são de ocorrência natural e 28 são produzidos pelo ser humano; muitos dos sinais mais fortes apareceram nos plásticos quimicamente mais complexos.

Nesses materiais, oxigénio ou azoto ficam inseridos na própria cadeia, oferecendo às enzimas mais locais químicos onde se podem ligar e cortar.

Este padrão ajuda a perceber porque materiais difíceis de quebrar nem sempre resistem da mesma forma à degradação microbiana, sobretudo quando já estão fragmentados.

O papel das condições locais

Ao longo de 23 ambientes, as mesmas famílias de proteínas não surgiram sempre nas mesmas proporções.

Solos e amostras endolíticas - microrganismos que vivem dentro de fendas e poros de rocha - destacaram-se por apresentarem reservas invulgarmente ricas de enzimas associadas ao plástico.

Em contextos aquáticos, muitos grupos foram frequentes, mas alguns conjuntos mostraram maior presença em terra do que na água.

Esta distribuição irregular indica que as condições locais, do stress por nutrientes à temperatura, ajudam a determinar quais as capacidades de degradação de plástico que se mantêm.

Degradação em contextos extremos

Ao observar procariontes - microrganismos sem núcleo celular - os investigadores verificaram que as bactérias têm repertórios associados ao plástico mais amplos do que as arqueias.

Em média, os genomas bacterianos continham cerca de 20 grupos relevantes, enquanto os genomas de arqueias apresentavam aproximadamente 11, em média.

Mesmo assim, o sinal nas arqueias é importante, porque a poluição por plástico chega a ambientes pobres em oxigénio e a condições extremas onde as arqueias frequentemente prosperam.

Esta vantagem mais ampla das bactérias pode orientar futuras triagens, mas não elimina as arqueias do cenário de limpeza.

Um levantamento genómico mais amplo

Os microplásticos já se acumulam no fundo do oceano, e uma estimativa aponta para cerca de 14 milhões de toneladas.

Nas superfícies de plástico, muitos microrganismos começam por formar um biofilme, uma camada comunitária pegajosa que ajuda a manter as enzimas no lugar.

A partir daí, proteínas secretadas podem cortar cadeias longas em fragmentos menores, que as células poderão captar como alimento.

Há muito que os investigadores chamam a estas comunidades aderidas ao plástico a plastisfera, e este estudo amplia essa ideia através de um levantamento genómico muito mais vasto.

Ferramentas para a limpeza do plástico

O catálogo funciona como uma ferramenta de pesquisa para a próxima vaga de experiências, e não como um veredito final.

Como assenta num conjunto de referência que abrange 2,296 espécies microbianas, os investigadores podem comparar novas amostras com um pano de fundo evolutivo amplo.

Isto é particularmente relevante na metagenómica - a sequenciação de ADN de comunidades inteiras - onde, muitas vezes, os cientistas identificam primeiro os microrganismos e só depois as enzimas.

Usada desta forma, a base de dados ajuda a reduzir o universo de candidatos antes de começar o trabalho dispendioso de validação em laboratório.

A natureza como solução

A promessa prática mais forte poderá estar em conceber plásticos que se ajustem às capacidades enzimáticas já comuns nos ecossistemas locais.

“Esta resource provides a global view of the biodegradation potential encoded in nature,” said Dr. Miho Nakamura, co-senior author at the University of Turku and the Institute of Science Tokyo.

Em termos práticos, isto significa que enzimas de solos frios, fontes termais ou ambientes marinhos podem inspirar ferramentas de reciclagem mais específicas para cada local.

A investigação também contraria uma estratégia única para todos os casos, já que um polímero que se decompõe num habitat pode persistir noutro.

O que permanece incerto

Há um limite claro que atravessa todo o estudo: um gene promissor não é o mesmo que uma enzima a funcionar.

As correspondências de sequência podem indicar a química provável, mas a actividade real continua a depender da temperatura, dos nutrientes à volta e do acesso a plástico já desgastado.

Por isso, ensaios laboratoriais têm de confirmar se um candidato corta, de facto, polímeros - ou se apenas se parece com algo que o faz.

Esta cautela mantém os resultados úteis, sem exageros, e prepara o terreno para as experiências que agora são mais decisivas.

A natureza parece conter muito mais potencial para degradar plástico do que os cientistas tinham mapeado até aqui, e esse potencial acompanha a ecologia.

Se esses genes se tornam ferramentas práticas de limpeza dependerá agora de testes rigorosos, de um desenho de materiais mais inteligente e da adequação ao contexto ambiental local.