PET transforma plástico em L-DOPA (Levodopa) para Parkinson na Universidade de Edimburgo

Milhões de toneladas de plástico acabam todos os anos como lixo no ambiente, ao mesmo tempo que pessoas com doença de Parkinson dependem de um medicamento caro produzido a partir de petróleo. Um grupo de investigação do Reino Unido quer resolver este contraste com um método que transforma plástico antigo de garrafas num fármaco já consagrado no tratamento da Parkinson.

De garrafas de bebidas a um princípio activo para o cérebro

A investigação centra-se no PET (polietileno tereftalato). Este polímero está presente na maioria das garrafas de água e refrigerantes, mas também em embalagens e têxteis. Em todo o mundo, são produzidas cerca de 50 milhões de toneladas por ano. Uma parte significativa nunca é reciclada com elevado valor: segue para incineração, aterros ou acaba em rios e oceanos.

É precisamente aqui que entra a equipa liderada pelo químico Stephen Wallace, da Universidade de Edimburgo. O PET é primeiro decomposto quimicamente nos seus componentes base. Entre os produtos obtidos está o ácido tereftálico - uma molécula orgânica relativamente simples que pode servir como fonte de carbono.

Depois, esse ácido tereftálico é fornecido a bactérias Escherichia coli geneticamente modificadas. Os microrganismos foram equipados com um programa metabólico construído de forma artificial. Enzimas (catalisadores biológicos) desencadeiam uma cascata de reacções; no final dessa sequência surge o L-DOPA, também conhecido como Levodopa.

"As bactérias funcionam como minúsculas fábricas químicas: reorganizam o carbono do plástico de modo a produzir um medicamento."

O L-DOPA é, há décadas, o medicamento de referência para a doença de Parkinson. Depois de tomado, chega ao cérebro e aí é convertido em dopamina - o mensageiro químico que falta em determinadas regiões cerebrais nos doentes. Assim, é possível aliviar sintomas típicos como tremor, movimentos mais lentos e rigidez muscular.

Actualmente, o princípio activo provém quase por completo de processos químicos baseados em petróleo. Refinarias e empresas de química fina produzem precursores que, em várias etapas, são convertidos em L-DOPA. Este percurso consome energia, liberta gases com impacto climático e torna os fabricantes dependentes de matérias-primas fósseis.

Estreia mundial: um medicamento feito a partir de resíduos de plástico

O trabalho, publicado na revista científica "Nature Sustainability", assinala um marco: pela primeira vez, um laboratório consegue fabricar biologicamente, a partir de resíduos de plástico, um medicamento comum usado numa doença neurológica. Especialistas descrevem este tipo de abordagem como valorização biológica - a conversão de resíduos em produtos de elevado valor através de sistemas vivos.

Em vez de o plástico usado ser convertido em fibras ou embalagens de menor qualidade, o resultado aqui é um composto com interesse farmacêutico. Wallace sublinha que, desta forma, as garrafas usadas deixam de ser apenas um problema para as autoridades ambientais e passam a funcionar como um reservatório de matéria-prima para a química e a medicina.

A equipa já tinha mostrado anteriormente que o seu sistema bacteriano consegue produzir outros compostos a partir de PET, por exemplo:

• Vanilina - o principal composto aromático dos aromas de baunilha
• Ácido adípico - um componente base para nylon e plásticos
• Paracetamol - um medicamento comum para dor e febre

Com o L-DOPA, junta-se agora mais um princípio activo particularmente sensível. Isto reforça a flexibilidade da plataforma: em teoria, o “programa” genético dos microrganismos pode ser ajustado para orientar a produção para novas moléculas-alvo.

Entre protecção ambiental e produção de medicamentos

Os trabalhos decorrem no "Carbon-Loop Sustainable Biomanufacturing Hub", uma infra-estrutura dedicada à produção sustentável. O centro é apoiado com cerca de 14 milhões de libras por uma agência britânica de financiamento científico. O objectivo é converter resíduos industriais, por via biológica, em químicos e materiais úteis.

Deste modo, cruzam-se directamente dois desafios actuais: a crescente pressão do plástico no ambiente e a necessidade crescente de medicamentos numa sociedade envelhecida. Só no Reino Unido, vivem cerca de 166.000 pessoas com doença de Parkinson - e a tendência é de aumento. À escala global, o número de pessoas afectadas cresce de forma acentuada, o que faz subir a procura de L-DOPA.

Ao mesmo tempo, intensifica-se a exigência de substituir vias de produção com grande pegada climática por alternativas mais eficientes em recursos. Matérias-primas fósseis são cada vez mais contestadas, a energia encarece e as cadeias de abastecimento tornam-se mais instáveis. Uma tecnologia que transforma resíduos de plástico em medicamentos aborda estes dois pontos em simultâneo.

"De repente, o plástico deixa de parecer apenas um incómodo da sociedade do descartável e passa a poder ser uma ponte entre o centro de reciclagem e a farmácia."

Quão realista é a aplicação em grande escala?

Por mais impressionante que a ideia soe, ainda há vários obstáculos até à utilização real em escala industrial. Para já, o processo está limitado ao laboratório: pequenos reactores, condições controladas e estirpes bacterianas optimizadas - tudo isto terá de funcionar também em biorreactores muito maiores.

Os investigadores apontam várias frentes em aberto:

• Velocidade: as bactérias terão de produzir L-DOPA muito mais depressa para competir com instalações químicas clássicas.
• Rendimento: a partir de uma determinada quantidade de PET, tem de resultar a maior quantidade possível de princípio activo; caso contrário, o processo não compensa.
• Custos: meios nutritivos, energia, purificação e controlo de qualidade geram despesas que precisam de ficar abaixo das dos métodos estabelecidos.
• Pegada ambiental: é necessária uma análise completa de impacto ambiental e climático para verificar se o método traz, de facto, vantagens face à petroquímica.

As empresas farmacêuticas valorizam cadeias de fornecimento fiáveis, qualidade consistente e requisitos regulamentares rigorosos. Um método de fabrico novo terá de demonstrar, em estudos e processos de aprovação, que o princípio activo obtido actua de forma idêntica e não contém subprodutos indesejados.

O que significam PET e L-DOPA

Quem bebe diariamente de uma garrafa de plástico raramente pensa na química por trás. O PET pertence ao grupo dos plásticos de poliéster. As suas cadeias longas são fáceis de moldar, leves e resistentes à quebra. Já na natureza degradam-se com dificuldade - um factor central por detrás dos problemas do lixo.

O L-DOPA é uma molécula pequena que o organismo consegue produzir em parte. Em pessoas saudáveis, daí resulta dopamina, um mensageiro fundamental para o controlo do movimento, a motivação e a recompensa. Na doença de Parkinson, morrem certas células nervosas que produzem dopamina. O L-DOPA actua como “precursor” e ajuda a compensar a falta no cérebro.

À primeira vista, plástico e medicamento para a Parkinson parecem estar em lados opostos. Do ponto de vista químico, porém, ambos assentam no mesmo elemento: carbono. O novo processo recupera esse carbono a partir de resíduos e reorganiza-o.

Oportunidades, riscos e possíveis extensões

Uma vantagem destes processos biológicos é que, em muitos casos, decorrem a temperaturas e pressões moderadas. Isso reduz consumo energético e diminui o risco associado a intermediários perigosos. Além disso, o sistema pode ser controlado com relativa precisão: através de “interruptores” genéticos, é possível levar as bactérias a produzir mais ou menos de uma determinada substância.

Em paralelo, existem riscos e interrogações. Microrganismos geneticamente modificados não podem escapar para o ambiente de forma descontrolada, o que obriga laboratórios e fábricas a cumprirem regras de segurança exigentes. Também não é claro como impurezas do plástico recolhido - como corantes, plastificantes ou restos de rótulos - poderão afectar o processo.

A longo prazo, o conceito pode ir muito além da Parkinson. Se o PET, ou outros plásticos, puderem ser decompostos de forma estável nos seus blocos de construção, plataformas bacterianas poderão fabricar uma vasta gama de fármacos: de antibióticos a medicamentos oncológicos, passando por componentes de vacinas. Também são plausíveis aromas, corantes ou solventes industriais que hoje dependem totalmente de fontes fósseis.

Para os doentes, uma mudança destas quase não seria visível - o comprimido teria o mesmo aspecto. Nos bastidores, porém, a cadeia de abastecimento poderia alterar-se profundamente: em vez de plataforma petrolífera e refinaria, o início passaria por triagem, reciclagem e biorreactor. A rapidez com que isso acontecerá dependerá agora da robustez dos dados laboratoriais, da pegada ambiental e dos cálculos económicos.

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