Biodegradability of Polyethylene Plastics by Individual and Co-cultured Bacterial Isolates

O plástico tornou-se uma característica permanente do mundo moderno, mas a sua durabilidade é também o seu maior defeito ambiental. Entre os muitos tipos de plástico, o polietileno é o mais comum, utilizado em tudo, desde sacos de compras até filmes de embalagem. É feito de longas cadeias de átomos de carbono e hidrogénio que estão fortemente ligadas entre si, tornando o material incrivelmente resistente à decomposição natural. Como estas cadeias são tão estáveis e repelem a água, as bactérias e os fungos no solo têm dificuldade em reconhecê-las como alimento. Como resultado, o polietileno acumula-se em aterros sanitários e no meio ambiente, persistindo durante décadas ou até séculos. Embora a incineração ou o soterramento deste resíduo criem outros problemas, como fumos tóxicos ou solo contaminado, os cientistas procuram há muito tempo uma solução na natureza. A esperança é que certos microrganismos possam evoluir ou ser encontrados para quebrar estas ligações químicas resistentes, transformando o plástico de volta em subprodutos inofensivos. Este processo, conhecido como biodegradação, depende de enzimas — proteínas especializadas produzidas por seres vivos — para cortar o plástico em pedaços menores que os micróbios possam consumir.

Num estudo recente realizado em Gana, investigadores procuraram verificar se conseguiriam encontrar bactérias no solo local que pudessem comer polietileno, e se a mistura de diferentes tipos de bactérias tornaria o processo mais rápido. Recolheram amostras de solo de três lixeiras ativas na cidade de Kumasi, áreas onde o resíduo plástico se tinha acumulado durante muito tempo. A equipa acreditava que as bactérias que viviam nestes locais específicos poderiam já se ter adaptado para sobreviver ao plástico. Levaram o solo para o laboratório e colocaram-no em recipientes com pedaços triturados de polietileno de baixa densidade, o mesmo material utilizado em sacos de plástico comuns. Ao longo de várias semanas, deixaram as bactérias crescer, selecionando apenas aquelas que pareciam estar a utilizar o plástico como fonte de alimento. Assim que isolaram estas bactérias, identificaram-nas utilizando um método de alta tecnologia que analisa as assinaturas proteicas únicas de cada micróbio. Descobriram que as bactérias mais comuns eram um tipo chamado Bacillus cereus, embora também tenham descoberto algumas outras espécies, incluindo Achromobacter insolitus e Alcaligenes faecalis.

Os investigadores testaram então a eficácia destas bactérias na decomposição do plástico sob diferentes condições. Queriam saber se as bactérias funcionavam melhor a certas temperaturas, em diferentes níveis de acidez ou alcalinidade, ou se precisavam de mais tempo para realizar o trabalho. Utilizando uma abordagem estatística para mapear estas variáveis, determinaram que as bactérias cresciam melhor e degradavam o plástico de forma mais eficaz a uma temperatura moderada de 25 graus Celsius, num ambiente ligeiramente alcalino com um pH de 9, e após cerca de 21 dias de incubação. Estas condições são relativamente suaves, sugerindo que as bactérias não necessitam de calor extremo ou produtos químicos agressivos para funcionar.

Para ver se o trabalho em conjunto ajudava, a equipa organizou experiências onde cultivaram as bactérias sozinhas e em grupos. Compararam estirpes únicas de bactérias contra pares e até trios de diferentes espécies a viver no mesmo recipiente. Os resultados mostraram uma clara tendência numérica onde o par BC-AI alcançou a maior perda de peso média (8,04%), seguido por outros grupos, embora a análise estatística não tenha revelado diferenças significativas entre os tratamentos no geral. Embora a quantidade real de plástico perdido tenha sido pequena — menos de 10 por cento do peso total em 28 dias — o padrão sugeriu que as diferentes bactérias poderiam estar a ajudar-se umas às outras. Uma espécie pode quebrar o plástico em pedaços menores e mais fáceis de gerir, enquanto outra consome esses pedaços, criando um ciclo de cooperação que um único tipo de bactéria não conseguiria alcançar sozinho. Notavelmente, o desempenho variou entre os grupos; por exemplo, a cultura tripla (BC-AI-AF) apresentou menos perda de peso do que o par BC-AI, indicando que mais bactérias nem sempre garantem melhores resultados.

Os cientistas também procuraram as ferramentas químicas que as bactérias estavam a usar para realizar este trabalho. Mediram a atividade de uma enzima chamada lacase, conhecida pela sua capacidade de oxidar e decompor materiais resistentes. O grupo com a maior perda de peso de plástico produziu também a maior quantidade desta enzima. Esta ligação sugere que as bactérias estavam, de facto, a atacar quimicamente o plástico, utilizando as suas enzimas para enfraquecer as fortes ligações que mantêm as cadeias poliméricas unidas. Para confirmar que o próprio plástico tinha mudado, os investigadores utilizaram uma técnica de Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier. Este método incide luz infravermelha sobre o plástico para observar como a sua estrutura molecular responde. Descobriram que o plástico tratado mostrava sinais de modificação química, tais como o aparecimento de grupos contendo oxigénio na sua superfície. Isto indica que as bactérias tinham modificado com sucesso a estrutura do plástico, tornando-o mais suscetível a uma decomposição posterior.

Apesar destes sinais promissores, o estudo também destacou a dificuldade da tarefa. A análise estatística mostrou que as diferenças na perda de peso entre os grupos não foram suficientemente grandes para serem consideradas definitivamente comprovadas dentro do período de 28 dias. O plástico é simplesmente muito difícil de decompor, e as mudanças observadas foram subtis. No entanto, a combinação de perda de peso física, elevada atividade enzimática e alterações na estrutura química do plástico aponta para um processo biológico real. Os investigadores concluíram que, embora um único tipo de bactéria possa ter dificuldade em fazer um impacto no polietileno, uma comunidade de diferentes bactérias a trabalhar em conjunto mostra um potencial muito maior. Descobriram que estes grupos mistos não atacavam o plástico aleatoriamente; pareciam coordenar os seus esforços, visando diferentes partes da estrutura do material de uma forma que as estirpes únicas não conseguiriam.

Este trabalho não oferece uma solução imediata para a crise global do plástico, nem afirma ter resolvido o problema dos resíduos de polietileno. Em vez disso, fornece uma imagem mais clara de como a natureza poderá eventualmente ajudar. Sugere que a chave para a biodegradação do plástico pode não residir na procura de uma "super-bactéria", mas sim na compreensão de como diferentes micróbios podem cooperar. O estudo confirma que as bactérias encontradas em lixeiras de Gana têm a capacidade de interagir com o polietileno e modificá-lo, especialmente quando lhes é permitido trabalhar em equipa. Embora o processo seja lento e os resultados no laboratório tenham sido modestos, a evidência de cooperação metabólica oferece uma direção esperançosa para investigações futuras. Se os cientistas conseguirem aprender a aproveitar estas parcerias naturais, poderão um dia desenvolver métodos para gerir os resíduos de plástico que sejam muito mais eficazes do que simplesmente enterrá-los ou queimá-los.