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UPorto, enzima e o fim do plástico

Todos os anos são produzidas 500 mil milhões de garrafas de um plástico conhecido por PET. Investigadores da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto pretendem ajudar a resolver este problema ambiental com enzimas modificadas por simulações de supercomputador

O que é que a Ideonella Sakaiensis tem que as outras bactérias não têm? O nome e a aparência podem não ser especialmente inspiradores, mas é a partir das enzimas produzidas por este microorganismo que investigadores da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP) acreditam poder criar uma solução industrial capaz acelerar a degradação de resíduos de plástico conhecidos pela sigla PET e ajudar a resolver um problema ambiental.

O projeto dá pelo nome de Biodegrading Plastics e já recebeu o apoio do programa conhecido por Parceria para a Computação Avançada na Europa (PRACE, na sigla em inglês). Os investigadores contam ter desenvolver, até meados de 2023, enzimas mutantes que sejam capazes de degradar pedaços de plástico em poucos minutos. Mas, antes disso, terão de passar pelas simulações do supercomputador Mare Nostrum, em Barcelona, e por testes de laboratórios do Real Instituto das Tecnologias de Estocolmo.

“A ideia é criar um produto que possa ser usado em centrais de reciclagem, para acelerar a biodegradação dos plásticos. Depois dessa biodegradação, restarão apenas os reagentes ou materiais que são usados no PET. Será sempre necessário apurar qual o grau de pureza, mas fica em aberto a possibilidade de reaproveitamento desses reagentes”, explica Maria João Ramos, responsável pelo Grupo de Bioquímica Computacional da FCUP, que tem vindo a trabalhar no projeto Biodegrading Plastics com Alexandre Magalhães e Pedro Fernandes, que também são professores na Universidade do Porto.

O alvo das enzimas mutantes já está devidamente classificado pelas diferentes autoridades e organizações de defesa do ambiente. PET, a sigla em inglês para Tereftalato de Polietileno, é um material quase omnipresente do dia-a-dia dos países desenvolvidos – e é usado anualmente para a produção de mais de 500 mil milhões de garrafas que, em metade dos casos, nunca chegam à reciclagem. E este é apenas um número que ilustra parte do problema resultante do uso do PET em diversos produtos do quotidiano.

O projeto tem como ponto de partida os estudos recentes que revelam que as bactérias Ideonella Sakaiensis produzem enzimas conhecidas como PETase e MHEtase. Nesses estudos, ficou provado que estas duas enzimas são úteis par acelerar a degradação dos plásticos – mas há um desafio de ordem prática que permanece por superar: “Estas enzimas poderiam ser usadas para o desenvolvimento de uma solução biológica de degradação do PET, mas não é viável desenvolver um método de produção destas enzimas a partir de culturas de bactérias porque seria um processo muito caro”, explica Maria João Ramos.

O projeto Biodegrading Plastics não pretende encontrar formas de extrair as enzimas produzidas pelas bactérias Ideonella Sakaiensis, mas pretende recorrer à engenharia de enzimas para garantir que um processo de degradação que é mais rápido e eficiente – e que pode ser industrializado. E é neste ponto que entra em cena o supercomputador europeu que está instalado em Barcelona. Através do programa PRACE, os investigadores da FCUP garantiram uma capacidade computacional anual de 45 milhões de horas dispersas pelos vários núcleos de processamento do supercomputador de Barcelona para desenvolver enzimas mutantes.

Os investigadores da FCUP pretendem produzir as enzimas mutantes através de alterações de aminoácidos. Estas alterações serão processadas em simulações de computador, que permitem calcular a eficiência máxima que terá cada enzima mutante. “Depois disso, pegamos nas enzimas mutantes que aparentam ter maior eficiência e imobilizamo-las em diferentes superfícies para que sejam adsorvidas e vermos como reagem”, descreve a responsável pelo Grupo de Bioquímica Computacional da FCUP.

Os cálculos têm um objetivo à partida: desenvolver mutações de enzimas que garantam uma maior eficiência e rapidez de reação das moléculas numa determinada escala temporal, tendo em conta a energia necessária para que essa reação aconteça. A este objetivo primordial juntam-se outros dois igualmente importantes para o sucesso da industrialização: as enzimas mutantes terão de revelar eficiência à temperatura ambiente; e é necessário garantir que sejam disponibilizadas às unidades de reciclagem de uma forma “estabilizada”, o que exige testar a colocação de múltiplas enzimas sobre diferentes materiais.

Para poderem ser disponibilizadas à indústria, as enzimas mutantes deverão ser adsorvidas por um material sólido. O que significa que se mantém apenas presentes na superfície desse material e não ficam embebidas, como acontece com os processos de absorção. As superfícies de óxido de grafeno têm concentrado as expectativas dos investigadores da FCUP, mas Maria João Ramos admite que vão ser testados igualmente outros materiais para as superfícies que vão acolher as enzimas.

Os testes com as diferentes enzimas deverão ser levados a cabo nos laboratórios do Real Instituto de Tecnologias de Estocolmo. Maria João Ramos já sabe que tem pela frente um processo iterativo pela frente: “Se o supercomputador nos indicar uma enzima com a eficiência desejada, temos uma razão para festejar… mas depois disso ainda teremos de recorrer aos experimentalistas para fazer os testes em laboratório com diferentes superfícies. E como a vida não é perfeita, é possível que ainda tenhamos de fazer mais mutações depois de apurarmos os resultados desses testes de laboratório”, explica Maria João Ramos.

É provável que em 2023 a vida continue a não ser perfeita, mas se o projeto da FCUP correr como previsto, as centrais de reciclagem poderão ganhar uma importante ferramenta para livrar o mundo do lixo gerado pelo PET.

Clique aqui para ler a notícia do Expresso de 28/12/2020.