Gomez, J.G.C.1; Pradella, J.G.C.1; Taciro, M.K.1; Silva-Queiróz, S.R.1; Bretas, A.F.1; Gomes, R.S.1; Ungar, A.B.1; Vanzin, C.1; Matsuda, T.S.1; Silva, L.F.2; Sanchez, R.3
1.Laboratório de Biotecnologia Industrial – Centro de Tecnologia de Processos e Produtos – Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo – Av. Prof. Almeida Prado, 532 – Cidade Universitária – CEP 05508-901 – jgcgomez@ipt.br
2. Departamento de Microbiologia – Instituto de Ciência Biomédicas – Universidade de São Paulo.
3. Laboratório de Materiais Avançados – Universidade Estadual Norte Fluminense.
A sociedade moderna é amplamente dependente de produtos derivados do petróleo. As rotas de síntese de alguns destes produtos geram materiais que são muito difíceis de serem biodegradados. Esses produtos são utilizados em diversas aplicações e despertam séria preocupação quando a vida útil é muito curta, pois representam uma importante parcela do volume de rejeitos gerados. Termoplásticos são produtos que claramente apresentam um crescimento em sua utilização e se enquadram nas condições apresentadas. Desta forma, a necessidade de desenvolvimento de tecnologias economicamente viáveis para a produção de plásticos biodegradáveis ou que tornem os plásticos convencionais mais facilmente biodegradados tem crescido em importância nos últimos anos 1.
Um outro fator importante que direciona o desenvolvimento de termoplásticos biodegradáveis é a possibilidade de gerar esses materiais a partir de matérias-primas renováveis2.
Nesse cenário, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo em conjunto com a USP e o Centro de Tecnologia da Copersucar desenvolveram processo biotecnológico para a produção de poli-3-hidroxibutirato (P3HB) e poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (P3HB-co-3HV) utilizando açúcar de cana como principal matéria-prima3. A principal característica do processo desenvolvido é a utilização da energia (derivada da queima do bagaço), bem como de outros insumos, disponíveis nas usinas de açúcar e álcool que torna a tecnologia muito interessante do ponto de vista econômico e ambiental4.
P3HB e P3HB-co-3HV pertencem à grande família de polímeros, denominados polihidroxialcanoatos (PHA) que são acumulados por algumas bactérias e apresentam propriedades termoplásticas, sendo ainda biodegradáveis5. Cerca de 150 monômeros diferentes foram detectados como constituintes de PHA6, sendo que sua biossíntese e incorporação depende da linhagem bacteriana, bem como do substrato fornecido. Uma vez que as propriedades são em grande medida decorrentes de sua composição monomérica, acredita-se que PHA poderão se constituir em materiais feitos sob medida para diferentes aplicações. Entretanto, para que essa previsão se realize, serão necessários: (a) obtenção de linhagens bacterianas eficientes na síntese de PHA com composições diversas; (b) desenvolvimento de processos que permitam a produção destes materiais com custos compatíveis e de maneira reprodutível; (c) caracterização físico-mecânica dos materiais para definição de aplicações possíveis. Claramente este é um desafio que envolve a participação de diferentes áreas do conhecimento, as mais imediatas podemos citar: Microbiologia, Genética, Engenharia Bioquímica, Engenharia Química e Engenharia de Materiais.
Este é o cenário que tem motivado o IPT, em diferentes parcerias, a explorar o potencial de desenvolver tecnologias para a produção de PHA, além da tecnologia de produção de P3HB e P3HB-co-3HV que foi transferida para empresa PHB Industrial S/A.
Bactérias do gênero Pseudomonas foram isoladas e detectadas como boas produtoras de PHA tanto a partir de carboidratos com a partir de óleos vegetais. O polímero produzido apresenta propriedades elastoméricas e possui características claramente diferentes do P3HB ou P3HB-co-3HV. Esses polímeros são denominados PHA contendo monômeros de cadeia média (MCL), pois apresentam em sua composição monômeros com 6 a 16 carbonos.
Estudos em biorreator tem demonstrado ser possível atingir elevadas concentrações celulares (>50 g/L) com altos teores de polímero (cerca de 60% da massa seca celular) utilizando carboidratos e o PHAMCL produzido apresentou propriedades adequadas para sua aplicação como filme. A utilização de ácido propiônico em conjunto com carboidratos permite incorporar ao PHA monômeros adicionais e obter materiais adequados para aplicações em adesivos de contato.
A composição do PHA produzido a partir de óleos vegetais depende dos ácidos graxos presentes. Assim, a utilização de óleos vegetais permite explorar matérias-primas renováveis e abundantes no Brasil para obter materiais bastante diversos na composição e propriedades. As aplicações para estes materiais incluem: filmes de revestimento, aditivos em tintas e utilização em engenharia de tecidos.
O conhecimento do metabolismo de biossíntese de PHA e a clonagem de genes relacionados têm permitido o desenvolvimento de linhagens bacterianas recombinantes para a produção de PHA. Além disso, alguns destes genes podem ser submetidos a processos de evolução dirigida, permitindo alterar suas propriedades como a afinidade por diferentes substratos. Estas são estratégia que estão sendo utilizadas para “engenheirar” o metabolismo celular com o objetivo de ampliar as possibilidades de biossíntese de PHA de maneira economicamente viável.
As técnicas acima, em conjunto a buscas na biodiversidade bacteriana brasileira, têm sido exploradas com o objetivo de obter bactérias capazes de produzir P3HB-co-HAMCL., polímeros apresentando propriedades intermediárias entre o P3HB e os PHAMCL e com uma ampla gama de aplicações potenciais.
Apoio: FAPESP (Processo 03/01602-2) e CNPq.
Referências bibliográficas
1. Zheng, Y.; Yanful, E.K.; Bassi, A.S. 2005. A review of plastic waste biodegradation. Critical Reviews in Biotechnology, 25: 243-250.
2. Gerngross, T.U. & Slater, S.C. 2000. How green are green plastics? Scientific American, august.
3. Bueno Netto, C.L. et al. 1993. Processo para produzir polihidroxialcanoatos a partir de açúcares extraídos da cana de açúcar. Patente brasileira PI9103116-8.
4. Nonato, R.V.; Mantelato, P.E.; Rossell, C.E.V. 2001. Integrated production of biodegradable plastic, sugar and ethanol. Applied and Environmental Microbiology, 57: 1-5.
5. Gomez, J.G.C. & Bueno-Netto, C.L. 2001. Produção de poliésteres bacterianos. In. Lima et al. (Coord) Biotecnologia Industrial, vol. 3 Processos Fermentativos e Enzimáticos. Ed. Edgard Blücher, São Paulo, p. 219-248.
6. Rehm, B.H.R. 2003. Polyester synthases: natural catalysts for plastics. Biochemistry Journal, 376: 15-33.