Todos os anos, são produzidas centenas de milhões de toneladas de plásticos à base de produtos petroquímicos, grande parte dos quais acaba no meio ambiente ou é incinerada. Isso agrava as emissões de gases de efeito estufa e a crise ambiental causada pela poluição por plásticos. Agora, um estudo liderado pela Universidade de Barcelona desenvolveu um bioplástico biodegradável de alto valor industrial — o polihidroxibutirato ou PHB — a partir de amido de batata não processado, em uma única etapa de 24 horas; trata-se de um avanço estratégico que pode ajudar a reduzir a dependência do petróleo e o volume de resíduos plásticos persistentes.

   O estudo estabelece, assim, que a bactéria “Bacillus subtilis” é uma plataforma robusta e de grande interesse industrial para a produção de PHB — um biopolímero biodegradável derivado de fontes renováveis ​​— a partir de amido de batata, um subproduto agrícola abundante e de baixo custo.

   O artigo, publicado na revista “Bioresource Technology”, é liderado por Pere Picart, professor da Faculdade de Farmácia e Ciências da Alimentação da UB, com contribuições significativas de Mercedes Berlanga, da mesma faculdade e do Instituto de Pesquisa em Biodiversidade da UB (IRBio).

   Neste estudo, a equipe trabalhou com a bactéria “Bacillus subtilis”, um microrganismo seguro e amplamente utilizado na biotecnologia industrial para a produção de enzimas e produtos químicos.

   "A produção comercial de PHB requer hospedeiros microbianos que sejam não patogênicos, geneticamente manipuláveis, de crescimento rápido, metabolicamente robustos e capazes de utilizar uma variedade de fontes de carbono", explicam os autores.

   Até o momento, o potencial da “Bacillus subtilis” para produzir polihidroxibutirato (PHB) permanecia amplamente inexplorado, e ainda faltavam estratégias sistemáticas de engenharia metabólica para permitir um alto acúmulo desse polímero na bactéria.

   Utilizando técnicas de engenharia genética baseadas em CRISPR-Cas9, a equipe reprojetou o metabolismo da “B. subtilis” para aumentar a produção do biopolímero. "Estudos anteriores mostravam que a capacidade da bactéria de produzir PHB era limitada, com acúmulos inferiores a 13% do peso celular seco", observa a equipe. "Esses baixos rendimentos exigiam uma otimização adicional da expressão das vias metabólicas e da formação de grânulos de polímero para aproveitar plenamente o potencial da “B. subtilis”."

   A modificação genética da bactéria “Bacillus subtilis” abre uma via de grande interesse industrial para a produção de um plástico sustentável e de baixo custo — o PHB — a partir de amido de batata, em uma única etapa.

   A equipe modificou geneticamente a bactéria “B. subtilis” para criar uma plataforma microbiana segura e Gram-positiva, destinada à produção eficiente e sustentável de PHB a partir de amido não processado. A integração genômica e a expressão constitutiva do gene “phaA”, combinadas com a expressão controlada do operon “phaRBC”, permitiram o acúmulo eficiente do polímero a partir de diversas fontes de carbono. Além disso, a incorporação do gene “amyQ”, que codifica uma α-amilase, facilitou a conversão direta de amido de batata não processado em PHB, em um processo de etapa única com duração de 24 horas.

   Utilizando essa combinação, obtiveram-se 11,3 g/L de biomassa e 5,8 g/L de PHB em cultivos em escala de frasco, com uma pureza do polímero comparável aos padrões comerciais, atingindo um teor de PHB de 51,8% em relação ao peso celular seco.

   Ao contrário dos plásticos convencionais derivados de petróleo, o PHB é um biopolímero renovável que ajuda a fechar parcialmente o ciclo do carbono e a minimizar o acúmulo de resíduos persistentes em ecossistemas terrestres e marinhos. Diversas análises ambientais e estudos de ciclo de vida indicam que bioplásticos de origem biológica, como o PHB, podem apresentar uma pegada de carbono menor e um impacto climático reduzido em comparação com muitos plásticos petroquímicos, especialmente quando se utilizam matérias-primas derivadas de resíduos.

   "Tecnologias como esta representam uma oportunidade real de transformar um problema ambiental em um recurso valioso, contribuindo para uma economia mais circular e descarbonizada", conclui a equipe de pesquisa.