Uma nova pesquisa liderada pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) revela como bactérias que comem resíduos e formam compostos usam enzimas para digerir compostos complexos de carbono encontrados em tudo, desde óleo de cozinha usado até roupas velhas feitas de algodão.

As descobertas, publicadas hoje na revista Nature Communications, poderão um dia levar a processos de reciclagem em escala industrial que transformem resíduos de alimentos, algodão e outros materiais orgânicos em novos produtos. Poderia também abrir caminho para uma conversão mais eficiente de matéria vegetal em biocombustíveis.

“Essas enzimas ajudam a tornar possível a reciclagem de carbono no meio ambiente, e podemos usar o conhecimento de como elas funcionam para projetar versões melhores para fins de reciclagem”, disse o biólogo microbiano do NIST, Adam Guss.

Uma das partes mais importantes do ciclo do carbono é a decomposição da matéria orgânica (tudo, desde folhas velhas a roupas de algodão e microorganismos mortos) por bactérias e fungos. Este processo de decomposição devolve carbono e nutrientes valiosos ao solo, onde pode alimentar nova vida – desde que o material orgânico seja biodegradável. Materiais sintéticos ou orgânicos altamente processados ​​normalmente não se decompõem bem e isso se tornou um grande problema para o meio ambiente.

Mas certas enzimas conhecidas como polissacarídeos monooxigenases líticas (LPMOs) permitem que algumas bactérias e fungos contornem o exterior resistente da matéria orgânica que de outra forma não seria digerida, permitindo que os micróbios quebrem as partes interiores das moléculas para obter alimento e energia.

Como o nome sugere, os LPMOs usam oxigênio e íons metálicos, como cobre ou ferro, para quebrar moléculas à base de açúcar, conhecidas como polissacarídeos, que fazem parte da estrutura das paredes celulares das plantas nas folhas e fibras de algodão, bem como nos exoesqueletos da quitina. -contendo fungos e insetos.

O estudo do NIST concentrou-se num LPMO produzido por uma bactéria chamada Streptomyces coelicolor, uma espécie conhecida por decompor material vegetal como parte do processo de formação de composto. O LPMO bacteriano foi capaz de quebrar polissacarídeos em nível atômico sem perturbar a “espinha dorsal” da celulose, o que é uma característica promissora para a futura produção de biocombustíveis.

Vários outros micróbios também produzem LPMOs, mas os investigadores estão apenas a começar a compreender como funcionam. À medida que se aprende mais sobre os diversos LPMOs na natureza, poderá ser possível transplantá-los em diferentes micróbios, criando fábricas para reciclagem de plástico e outros compostos modernos que não se decompõem bem no meio ambiente.

“Na natureza, os LPMOs ajudam os fungos a quebrar a serapilheira no solo ácido e pobre em nutrientes das florestas”, disse Guss. "Queremos aproveitar o poder dessas enzimas para processos industriais usando micróbios que funcionam melhor em níveis de pH mais altos e temperaturas mais altas. Então, podemos pensar na reciclagem em larga escala, onde cultivamos ou projetamos bactérias com os LPMOs certos, alimentando-as resíduos orgânicos e obter produtos úteis e valiosos - como combustíveis sustentáveis ​​ou bioplásticos - do outro lado."