De garrafas PET a L-DOPA: Edimburgo liga plástico e Parkinson

Ano após ano, acumulam-se montanhas de plástico feitas de garrafas vazias de água e de cola, ao mesmo tempo que milhões de doentes com Parkinson dependem de um medicamento cuja produção, até hoje, assenta quase totalmente em derivados do petróleo. Uma equipa de investigação em Edimburgo liga agora estes dois problemas e demonstra que, precisamente, o plástico problemático PET pode tornar-se a origem de um princípio activo fundamental.

Como o plástico passa do laboratório a um fármaco

No centro desta investigação está o polietileno tereftalato, mais conhecido pela sigla PET. É o material presente na maioria das garrafas de bebidas e em muitas fibras têxteis. Em todo o mundo, são geradas todos os anos cerca de 50 milhões de toneladas deste plástico. A maior fatia acaba em aterros, é incinerada ou segue para rios e oceanos.

A equipa liderada pelo químico Stephen Wallace, da Universidade de Edimburgo, propõe uma alternativa ao simples reaproveitamento mecânico. Em vez de apenas triturar e remodelar o material, o PET é primeiro desagregado quimicamente nos seus componentes de base. Nesse processo forma-se, entre outros compostos, o ácido tereftálico - uma molécula que, de forma inesperada, serve muito bem como ponto de partida para etapas posteriores.

"No laboratório, um resíduo de plástico persistente transforma-se numa matéria-prima valiosa para a medicina."

Depois, os investigadores fornecem este ácido tereftálico a bactérias específicas. Trata-se de Escherichia coli geneticamente modificada, um microrganismo bem estudado e já amplamente usado em processos biotecnológicos. Estas bactérias receberam genes adicionais que lhes conferem uma “maquinaria” enzimática desenhada à medida.

Mini-fábricas: bactérias como unidades químicas

Ao longo de várias reacções encadeadas, os micróbios reconfiguram o ácido tereftálico. A partir de compostos intermédios, as células acabam por produzir L-DOPA - também conhecida como levodopa. Em termos simples, as bactérias reorganizam os átomos de carbono e recombinam-nos numa estrutura com actividade farmacêutica.

Os investigadores descrevem que as bactérias funcionam como fábricas microscópicas:

• captação do ácido tereftálico como fonte de carbono;
• conversão através de enzimas introduzidas de forma dirigida;
• libertação de L-DOPA para o meio de cultura.

A partir dessa solução, o medicamento pode ser depois purificado e preparado para utilização, de modo semelhante ao que acontece noutros processos biotecnológicos de fabrico de substâncias activas.

O que a L-DOPA representa para doentes com Parkinson

Há décadas que a L-DOPA é considerada a terapêutica de referência para os sintomas da doença de Parkinson. O composto atravessa a barreira hematoencefálica e, já no cérebro, é convertido em dopamina. É precisamente este mensageiro químico que falta nos doentes, porque determinados neurónios numa região do mesencéfalo vão morrendo.

Com L-DOPA, sintomas típicos como rigidez muscular, tremor e lentidão de movimentos podem ser aliviados de forma significativa. Embora não cure a doença, o fármaco garante a muitas pessoas afectadas mais qualidade de vida durante anos.

"Sem L-DOPA, o dia-a-dia de muitos doentes com Parkinson seria dramaticamente diferente."

Até agora, a substância activa provém sobretudo de processos petroquímicos. Para isso usam-se precursores derivados do petróleo, que são transformados em L-DOPA através de etapas de síntese complexas. É um caminho intensivo em energia, caro e associado à emissão de gases com efeito de estufa.

Porque é que a via do plástico é tão invulgar

O método apresentado introduz uma dupla mudança: liga um problema global de resíduos a uma procura crescente no sector da saúde. Segundo a equipa, o estudo - publicado numa revista científica na área da sustentabilidade - descreve o primeiro processo biológico que transforma directamente resíduos de plástico num medicamento contra uma doença neurológica.

Especialistas referem-se a isto como “biovalorização”: em vez de se limitar a reciclar, convertem-se resíduos em produtos de valor muito superior. Ao contrário do reciclar tradicional de plásticos, em que garrafas acabam muitas vezes em películas ou fibras de menor valor, esta abordagem aponta para um composto farmacêutico de alto valor.

O laboratório em Edimburgo preparou este caminho de forma progressiva. A mesma plataforma bacteriana já tinha sido usada para obter outros produtos químicos a partir de PET, incluindo:

• vanilina - um aromatizante que confere sabor a baunilha;
• ácido adípico - um componente importante para plásticos e fibras;
• paracetamol - um analgésico e antipirético amplamente utilizado.

Com a L-DOPA, entra agora pela primeira vez um princípio activo central para a neurologia. Para os investigadores, isto sinaliza que, no futuro, poderá ser possível obter a partir de PET toda uma gama de medicamentos.

Onde ecologia e medicina se encontram

O trabalho decorre no Carbon-Loop Sustainable Biomanufacturing Hub, um centro criado com financiamento público britânico na ordem das dezenas de milhões. O objectivo é usar biologia sintética para transformar subprodutos industriais em químicos e materiais úteis.

Assim, a investigação posiciona-se numa interface particularmente relevante: de um lado, a poluição por plásticos, que afecta solos, mares e redes alimentares; do outro, uma sociedade a envelhecer que mantém elevada a procura por medicamentos como a L-DOPA. Um processo que, pelo menos em parte, responda a ambos os desafios desperta, por isso, grande interesse.

"O lixo plástico passa, de repente, a ser visto como uma matéria-prima por aproveitar - e não apenas como um incómodo."

Para países com consumo elevado de PET e infra-estruturas de reciclagem limitadas, uma solução deste tipo poderia tornar-se atractiva a longo prazo: em vez de importar substâncias activas dispendiosas, estas poderiam, em teoria, ser produzidas a partir de resíduos locais.

Obstáculos até chegar à indústria

Apesar do potencial mediático da ideia, a passagem para a prática em larga escala ainda está distante. Em laboratório, as bactérias trabalham de forma muito mais lenta e menos eficiente do que as unidades clássicas da indústria química. Para o processo ser economicamente viável, será necessário aumentar a velocidade de produção e melhorar o rendimento.

Além disso, existem desafios de escalabilidade: os reactores teriam de ser concebidos para abrir (depolimerizar) volumes elevados de PET de forma fiável e alimentar as culturas bacterianas de modo contínuo. A purificação da L-DOPA obtida também é um ponto crítico, porque os medicamentos obedecem a padrões rigorosos de qualidade.

• aumentar a velocidade de produção das bactérias;
• melhorar o rendimento e a pureza da substância activa;
• comparar custos com os métodos de fabrico já existentes;
• avaliar o balanço ambiental global ao longo de todo o processo.

A equipa planeia elaborar uma análise ambiental e económica abrangente. Só então será possível afirmar, com segurança, se esta via biotecnológica supera de facto a alternativa petroquímica - ou se, por enquanto, fará sentido apenas em nichos específicos.

Parkinson, plástico e a questão da escalabilidade

A doença de Parkinson afecta, só no Reino Unido, bem mais de 100.000 pessoas, com tendência de aumento. À escala global, especialistas antecipam que o número de casos duplicará até 2040. Em paralelo, cresce a necessidade de L-DOPA e de medicamentos relacionados.

Ao mesmo tempo, a produção de plástico mantém-se elevada, enquanto a reciclagem estagna em muitos locais. Neste contexto, a proposta de Edimburgo parece quase consequente: o que já é gerado em quantidades gigantescas seria convertido em algo útil. Se o conceito funciona em escala industrial dependerá de várias variáveis - desde enquadramentos políticos até ao preço da energia.

Para a indústria farmacêutica, há ainda outro ponto de interesse: processos menos dependentes do petróleo tornam as cadeias de abastecimento mais robustas. A pandemia e conflitos geopolíticos evidenciaram a fragilidade das cadeias globais de produção. Diversificar matérias-primas e tecnologias ajuda a reduzir esse risco.

O que significam PET e biologia sintética

Quem associa PET apenas a uma garrafa pode não perceber a amplitude deste material. O plástico resulta de dois blocos de construção: ácido tereftálico e etilenoglicol. As longas cadeias formadas conferem estabilidade, transparência e boa moldabilidade - precisamente as características que tornam a sua eliminação tão difícil.

Por sua vez, biologia sintética não significa criar organismos “artificiais”, mas sim alterar de forma dirigida o seu material genético. As bactérias recebem genes extra - ou até conjuntos inteiros de instruções - para passarem a produzir determinadas substâncias. Isto é usado há muito tempo, por exemplo, na produção de insulina para doentes com diabetes ou em vacinas.

O que é novo é a forma como fluxos de resíduos são incorporados com tanta determinação nestes processos biotecnológicos. O plástico, antes visto sobretudo como problema, pode passar gradualmente a integrar uma espécie de química circular - com a medicina como exemplo de maior visibilidade.

Ainda assim, não se trata de um caminho isento de riscos: bactérias geneticamente modificadas têm de ficar estritamente contidas no sistema e ser eliminadas com segurança. Também a energia necessária para desagregar o plástico é determinante para a pegada climática real. Ainda assim, uma coisa já é clara: a possibilidade de uma garrafa descartável de ontem vir a dar origem a um princípio activo importante muda de forma profunda a maneira como olhamos para o plástico.

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