Cientistas modificaram a bactéria E. coli para converter resíduos plásticos no analgésico paracetamol

Lidar com resíduos plásticos é uma verdadeira dor de cabeça¹. Mas, com um pouco de ajuda, bactérias podem transformar plástico em analgésico².

A bactéria³ Escherichia coli geneticamente modificada converteu uma garrafa plástica deteriorada no ingrediente ativo de analgésicos⁴ como Tylenol, o paracetamol ou acetaminofeno, relataram cientistas em um artigo publicado na revista Nature Chemistry.

A descoberta destaca o potencial para síntese sustentável de paracetamol. A abordagem pode ajudar a reduzir a poluição plástica e a dependência dos combustíveis fósseis, que são usados atualmente para fabricar esse medicamento onipresente. “Eu realmente acho que este é um ponto de partida bastante promissor para a reciclagem de resíduos plásticos”, diz Stephen Wallace, biólogo engenheiro da Universidade de Edimburgo.

Há muito tempo se sabe que os resíduos plásticos prejudicam o meio ambiente e a saúde⁵ humana. Mas cientistas como Wallace estão recorrendo a micróbios para converter plásticos em produtos mais úteis e valiosos. Combinar processos biológicos com reações químicas que normalmente não ocorrem dentro das células⁶ faz com que “a natureza faça uma química que nunca evoluiu para fazer antes”, diz Wallace.

Sua equipe fez a E. coli fazer exatamente isso.

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Antes de colocar as bactérias para trabalhar na fabricação de produtos farmacêuticos, os pesquisadores recuaram um passo e testaram a capacidade dos micróbios de criar uma molécula precursora necessária chamada ácido para-aminobenzoico, ou PABA, a partir do plástico. E a chave para essa etapa foi verificar se a E. coli consegue suportar uma reação química essencial chamada rearranjo de Lossen, que altera a estrutura de uma molécula contendo nitrogênio para produzir PABA.

Os cientistas modificaram a E. coli para que ela não pudesse produzir PABA por sua via biológica normal. Dessa forma, as células⁶ morreriam sem obter PABA (que também é essencial na produção da vitamina⁷ ácido fólico) por outra via. Eles então deram a essas bactérias um composto inicial que se transforma em PABA somente após passar por um rearranjo de Lossen. As células⁶ sobreviveram, um sinal⁸ claro de que o rearranjo de Lossen estava ocorrendo.

Em seguida, os pesquisadores prepararam o mesmo composto inicial quebrando quimicamente um ingrediente de garrafa plástica conhecido como tereftalato de polietileno, ou PET. Novamente, a E. coli prosperou, transformando o precursor à base de plástico em PABA.

Transformar resíduos plásticos em combustível para organismos é interessante por si só, diz Wallace. Mas ele e seus colegas levaram a reação um passo adiante. Com algumas instruções genéticas adicionais, a E. coli pode converter PABA em paracetamol.

A E. coli modificada converteu 92% dos resíduos plásticos decompostos em paracetamol em 48 horas. A maior parte do paracetamol é atualmente fabricada a partir de combustíveis fósseis, então o novo processo poderá um dia oferecer uma rota mais sustentável para a produção do medicamento, diz Wallace.

No entanto, ainda há um longo caminho a percorrer antes que esse processo possa ser ampliado. O método que os pesquisadores usaram para decompor a garrafa plástica seria difícil de ser dimensionado para proporções industriais, diz Dylan Domaille, químico da Escola de Minas do Colorado em Golden, que não esteve envolvido no novo estudo. Mas demonstrar que as bactérias podem transformar resíduos plásticos em algo útil pode motivar esforços para tornar a decomposição de plásticos mais escalável e sustentável, diz ele.

Um objetivo a longo prazo pode ser fazer com que um ou mais tipos de microrganismos realizem cada etapa da transformação, afirma Venkatesh Balan, biotecnólogo da Universidade de Houston, que não participou do estudo. Desenvolver um único organismo capaz de decompor o plástico diretamente e transformá-lo em materiais úteis é desafiador, afirma ele, mas “este estudo fundamental será um trampolim na direção certa”.

No artigo publicado, os pesquisadores descrevem um rearranjo de Lossen biocompatível em Escherichia coli.

Eles relatam que a natureza desenvolveu um conjunto primoroso, porém limitado, de reações químicas que sustentam a função de todos os organismos vivos. Em contraste, o campo da química orgânica sintética pode acessar reatividade não observada na natureza, e a integração dessas reações abióticas em sistemas vivos oferece uma solução elegante para a síntese sustentável de muitos produtos químicos industriais a partir de matérias-primas renováveis.

Neste estudo, relatou-se um rearranjo de Lossen biocompatível que é catalisado por fosfato na bactéria³ Escherichia coli para a transformação de hidroxamatos de acila ativados em metabólitos⁹ primários contendo amina em células⁶ vivas.

Por meio do resgate de auxotróficos, demonstrou-se como essa reação, inédita na natureza, pode ser usada para controlar o crescimento e a química microbiana, gerando o metabólito¹⁰ essencial ácido para-aminobenzoico.

O substrato do rearranjo de Lossen também pode ser sintetizado a partir de tereftalato de polietileno e aplicado a reações biocatalíticas de células⁶ inteiras e fermentações, gerando pequenas moléculas industriais (incluindo o medicamento paracetamol), abrindo caminho para uma estratégia geral para biorremediar e reciclar resíduos plásticos em sistemas biológicos nativos e projetados.