Portugal - Investigação da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto desenvolve enzima devoradora de plástico

Um trabalho coliderado por Pedro Paiva, do Grupo de Bioquímica Computacional da FCUP, criou uma enzima mutante que degrada o poliuretano, presente nas espumas das solas de sapato

E se o seu par favorito de sapatilhas ou calçado desportivo se puder em breve tornar mais amigo do ambiente? Uma investigação coliderada pelo investigador Pedro Paiva, da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP), desenvolveu um novo tipo de enzima capaz de “devorar” o material de poliuretano presente nas espumas presentes no calçado. Os resultados, publicados recentemente na revista Chem Catalysis, poderão, um dia, ajudar a reciclar resíduos de plástico provenientes de sapatos, colchões, esponjas de cozinha e muitos outros produtos.

O trabalho, realizado em conjunto com Rosie Graham, da Universidade de Aarhus, na Dinamarca, tem também como autores os docentes Pedro Alexandrino Fernandes e Maria João Ramos, do Grupo de Bioquímica Computacional da FCUP, que lideram a equipa da FCUP no projeto En’Zync — um consórcio que integra a Faculdade de Ciências e três instituições dinamarquesas.

Financiado em cerca de sete milhões de euros pela Novo Nordisk Foundation, este projeto tem como objetivo encontrar e desenvolver novas enzimas, de origem fúngica ou bacteriana, que consigam degradar plásticos.

Neste âmbito, os investigadores encontraram e testaram uma enzima chamada CC^PUR1, proveniente da bactéria Chelatococcus composti, um microrganismo encontrado em amostras de composto orgânico da Dinamarca, que se destacou pela sua capacidade de degradar o poliuretano.

“Esta é uma demonstração inicial que mostra que podemos degradar o poliuretano com enzimas sem ser necessário processá-lo previamente. É algo bastante significativo”, afirma Pedro Paiva, coautor principal da publicação.

Quando uma enzima degrada um substrato, como o poliuretano, começa por ligar-se a esse substrato, um pouco como duas peças de um puzzle que encaixam. Na FCUP, os investigadores quiseram perceber se poderiam criar peças que encaixassem ainda melhor, de modo a decompor os plásticos de forma mais eficaz. Assim, colocaram a CC^PUR1 à prova. Primeiro, utilizaram simulações computacionais complexas, recorrendo a supercomputadores da rede europeia de supercomputação EuroHPC, para explorar a forma como a enzima interage com materiais semelhantes ao plástico e, depois, recorreram a uma série de ferramentas de bioquímica para alterar a estrutura das enzimas.

A equipa voltou a sua atenção para o ADN de C. composti. Alteraram esse código genético para substituir alguns dos principais aminoácidos que constituem esta enzima.

“E se tentássemos alterar aminoácidos específicos, substituindo-os por outros maiores, que pudessem preencher melhor o espaço vazio entre a enzima e o substrato e melhorar as interações entre ambos?”, questionou-se.

Depois de muitas tentativas e erros, os investigadores chegaram a uma solução vencedora. Uma das suas enzimas mutantes revelou um enorme apetite por poliuretano. A equipa cortou pedaços das solas de um sapato e misturou-os com a enzima modificada. Ao fim de três dias, este “devorador” de plástico tinha degradado cerca de 1,4% do poliuretano presente nesse material, dividindo o resíduo em pedaços mais pequenos e reutilizáveis.

O poder das enzimas

Esta enzima atua sob uma classe específica deste tipo de plástico, conhecida como “termoendurecível”, está presente nas solas, nos saltos e noutras partes do calçado. “São muito difíceis de degradar”, contextualiza o investigador da FCUP.

“A ideia é ir decompondo o material até obter os elementos fundamentais que são utilizados para produzir novo poliuretano. Atualmente, esses componentes são produzidos quimicamente em fábricas, através de reações que podem envolver compostos nocivos para o ambiente e até considerados tóxicos”, reforça.

A grande vantagem da utilização de enzimas na reciclagem é que elas funcionam em condições moderadas, ou seja, a temperaturas e pressões mais baixas do que as atualmente utilizadas na maioria das tecnologias de reciclagem.

“Esta investigação evidencia o poder das enzimas”, realça Rosie Graham, da Universidade de Aarhus.

“Este trabalho deixou-nos particularmente satisfeitos, porque nem sempre existe uma validação experimental direta daquilo que fazemos computacionalmente. Desta vez, conseguimos“, remata o investigador da FCUP.

Os resultados demonstram como, no futuro, as enzimas poderão ajudar a combater os resíduos de plástico, afirma a equipa. O objetivo é agora continuar a melhorar esta enzima para que se torne ainda mais eficiente a devorar o plástico e descobrir novas enzimas, aplicando uma abordagem semelhante.

Neste trabalho conjunto, os investigadores trabalham por uma solução de combate à produção global de cerca de 22 milhões de toneladas de poliuretano por ano, no mundo, ou seja, mais de 5% de todos os plásticos colocados no mercado. Universidade do Porto - Portugal