Pesquisadores isolam bactéria que produz plástico a partir do metano

14 de abril de 2017

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Elton Alisson | Agência FAPESP – Das águas turvas e poluídas do Sistema Estuarino de Santos pode emergir uma solução para produzir por meio de um processo sustentável um polímero (plástico) que pode ter alto valor agregado.

Bactéria encontrada no Sistema Estuarino de Santos produz biopolímero ainda não caracterizado (imagem: RCGI)

 Um grupo de pesquisadores ligados ao Centro de Capacitação e Pesquisa em Meio Ambiente (Cepema) da Universidade de São Paulo (USP) isolou naquela região do litoral sul paulista uma bactéria capaz de produzir um biopolímero – polímero produzido por processo biotecnológico.

A descoberta foi feita durante um projeto realizado no âmbito do Centro de Pesquisa para Inovação em Gás Natural (Research Centre for Gas Innovation RCGI) – apoiado pela FAPESP e pela Shell por meio do Programa de Apoio à Pesquisa em Parceria para Inovação Tecnológica (PITE).

“Ainda não caracterizamos o polímero produzido pela bactéria, mas nossas análises indicam que é bem diferente dos relatados na literatura científica”, disse Elen Aquino Perpétuo, professora do Departamento de Ciências do Mar da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e coordenadora do projeto, à Agência FAPESP

A pesquisadora e os colegas Bruno Karolski, também pesquisador do Cepema-USP, e a doutoranda Letícia Cardoso iniciaram há cerca de um ano um projeto visando desenvolver processos biotecnológicos utilizando microrganismos para mitigação de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), amplamente presentes no gás natural.

A fim de desenvolver a pesquisa eles começaram a prospectar bactérias chamadas de metanotróficas – que têm a capacidade não só de consumir, mas também de transformar metano e metanol em polímeros como o polihidroxibutirato (PHB): um polímero da família dos polihidroxialcanoatos (PHA) com características físicas e mecânicas semelhantes às de resinas sintéticas como o polipropileno.
Desenvolvido com apoio da FAPESP, o PHB é produzido no Brasil por uma indústria nacional em Serrana, no interior de São Paulo, a partir do açúcar da cana – um substrato 30% mais caro que o metanol.
“A ideia da nossa pesquisa é utilizar um substrato mais barato do que o açúcar – neste caso, o metano e o metanol – para produzir o PHB e viabilizar comercialmente sua produção por uma rota biológica”, explicou Aquino.

Durante o trabalho de bioprospecção, em que coletaram amostras em três diferentes pontos do Sistema Estuarino de Santos, os pesquisadores depararam com duas bactérias que têm essa capacidade de transformar o metano em biopolímeros.

A primeira é a Methylobacterium extorquens – que é produtora de PHB –, e a segunda a Methylobacterium rhodesianum, que transforma o metano no outro tipo de polímero ainda não caracterizado.

“Não havia nenhum relato de que a Methylobacterium rhodesianum acumula um polímero”, afirmou Aquino.

Maior produção
Os pesquisadores também constataram que essas bactérias isoladas de sistemas naturais produzem mais polímero que as cepas comerciais, cultivadas em laboratório, como as dos gêneros Methylobacter sp. e Methylocystis sp, com as quais trabalharam na fase inicial do projeto para realizar os primeiros testes e validar a metodologia.

Sem controlar parâmetros como temperatura, pH e agitação, a Methylobacterium extorquens isolada do ambiente marinho, por exemplo, acumula 30% de seu peso seco em polímero.

“Essa diferença de produção de polímero por essas bactérias é devido às pressões que sofrem em ambientes naturais, onde estão expostas a condições adversas de temperatura, salinidade, pressão, marés e a poluentes”, apontou Aquino. “Por isso, elas precisam ser mais resistentes do que as cepas cultivadas em laboratório e ter maior reserva energética para sobreviver”, explicou.

De acordo com a pesquisadora, os microrganismos metanotróficos produzem biopolímeros quando há excesso de fonte de carbono e limitação de algum nutriente.
Sob essas circunstâncias, essas bactérias armazenam o carbono em grânulos de polímeros de polihidroxialcanoatos como reserva energética.

“No início, achou-se que esses grânulos de reserva eram lipídeos [óleos]”, disse Aquino. “Mais tarde descobriu-se que, na verdade, eles pertencem ao grupo dos polihidroxialcanoatos e que podem ser usados para produzir polímeros de origem biológica e biodegradáveis, entre outras vantagens em comparação aos polímeros produzidos por via petroquímica”, afirmou.
Uma vez que esses microrganismos precisam de metano como substrato para produzir biopolímero, os pesquisadores escolheram locais onde há maior abundância do gás para bioprospecção.
A primeira escolha foi o reservatório da Usina Hidrelétrica de Balbina, no Amazonas (AM). E o segundo local – escolhido para efeito de comparação – foi o Sistema Estuarino de Santos.
As amostras colhidas no Sistema Estuarino de Santos, contudo, mostraram-se mais interessantes do que as de Balbina, contou Aquino.

“Como conseguimos isolar muitos microrganismos em Santos, começamos a trabalhar com eles e adiamos o processamento das amostras coletadas em Balbina”, disse. “Mas pretendemos retomar nas próximas semanas as análises das amostras de Balbina, que apresentam uma grande diversidade de microrganismos”, afirmou.

Viabilidade comercial

Além de caracterizar o polímero produzido pela Methylobacterium rhodesianum, os pesquisadores pretendem avaliar agora se ela é economicamente viável para produzir um biopolímero.
Para que a rota biológica seja viável economicamente, a bactéria tem que ser capaz de acumular 60% de seu peso seco em polímero. Esse cálculo é feito levando-se em conta a produção de PHB a partir do açúcar, explicou Aquino.

“O que se espera agora é avaliar se é melhor negócio investir na produção desse biopolímero, que ainda não foi caracterizado, ou no aumento do rendimento da produção de PHB, que já é conhecido comercialmente e tem um mercado estabelecido”, disse a pesquisadora.