Cientistas descobrem enzima ‘Pac-Man’ que ‘devora’ plástico e penicilina

Cientistas da Universidade de Konstanz, na Alemanha, descobriram uma enzima capaz de decompor determinados tipos de plástico biodegradável e também a penicilina. Apelidada de “Pac-Man”, ela foi identificada em bactérias presentes no solo e pode ajudar a explicar como microrganismos conseguem degradar alguns materiais sintéticos.

A descoberta foi descrita em um estudo publicado na revista científica The ISME Journal. Os pesquisadores identificaram uma enzima que atua sobre ligações químicas presentes em poliésteres biodegradáveis e também consegue romper uma estrutura molecular encontrada em antibióticos como a penicilina.

Como funciona a enzima que degrada plástico?

A enzima recebeu o apelido de “Pac-Man” devido ao formato de sua estrutura molecular, que apresenta uma abertura ampla na região onde ocorrem as reações químicas. Essa característica permite que ela interaja com cadeias de determinados polímeros e rompa suas ligações, transformando moléculas maiores em componentes menores.

A enzima pertence ao grupo das esterases, proteínas capazes de quebrar ligações químicas chamadas ésteres, presentes em diferentes substâncias naturais e em alguns plásticos biodegradáveis.

Os pesquisadores também identificaram características que permitem à enzima permanecer ligada à superfície das bactérias. Dessa forma, os microrganismos podem atuar diretamente sobre o material plástico com o qual entram em contato.

Plásticos biodegradáveis desapareceram em cerca de um ano

Para investigar a decomposição dos materiais, os pesquisadores enterraram pequenas amostras de plástico biodegradável a aproximadamente dez centímetros de profundidade no solo de uma área florestal do jardim botânico da Universidade de Konstanz.

O experimento utilizou poliésteres alifáticos de cadeia longa, conhecidos pela sigla LCAP, desenvolvidos por uma equipe liderada pelo químico Stefan Mecking.

Paralelamente, os cientistas realizaram testes em laboratório com solo coletado no mesmo local. Durante um ano, acompanharam a atividade dos microrganismos e mediram a liberação de dióxido de carbono (CO₂), indicador da decomposição dos materiais.

Os resultados mostraram diferenças entre os tipos de plástico analisados:

• Plásticos biodegradáveis: foram completamente degradados em aproximadamente 250 a 330 dias.
• Celulose: apresentou decomposição em cerca de 80 dias.
• Polietileno de alta densidade (PEAD): praticamente não apresentou degradação durante o experimento.

A diferença está relacionada à composição química dos materiais, que determina quais ligações podem ser rompidas pelas enzimas produzidas pelos microrganismos.

Qual é a relação da enzima com a resistência a antibióticos?

Ao analisar a estrutura da enzima Pac-Man, os pesquisadores encontraram semelhanças com as beta-lactamases, proteínas produzidas por algumas bactérias que conseguem desativar determinados antibióticos.

Essas enzimas atuam sobre uma estrutura química conhecida como anel beta-lactâmico, presente na penicilina e em outros medicamentos da mesma classe.

Nos experimentos, a enzima recém-identificada demonstrou duas atividades: conseguiu decompor cadeias de poliéster biodegradável e romper a estrutura química da penicilina. Essa dupla capacidade chamou a atenção dos cientistas porque a degradação de plástico e a inativação de antibióticos são geralmente estudadas como processos distintos.

Apesar disso, a capacidade de decompor penicilina em laboratório não comprova que a enzima torne bactérias resistentes ao medicamento. Os resultados apontam uma possível relação que ainda precisa ser investigada.

Bactérias podem ajudar a combater a poluição plástica?

A pesquisa também investigou como os microrganismos interagem com materiais plásticos presentes no ambiente. Ao examinar as amostras retiradas do solo, os cientistas encontraram pequenos orifícios nas superfícies dos filmes biodegradáveis. As cavidades tinham dimensões semelhantes às de células bacterianas.

A observação levou à hipótese de que as bactérias utilizam enzimas presas às suas superfícies para decompor o material enquanto permanecem em contato com ele.

Os pesquisadores também analisaram o DNA das comunidades microbianas presentes no solo e identificaram um gene associado à produção da enzima "Pac-Man".

Embora os resultados indiquem que bactérias conseguem decompor determinados poliésteres, a descoberta não significa que esses microrganismos sejam capazes de eliminar plásticos convencionais. Nos testes, o polietileno de alta densidade permaneceu praticamente inalterado, mesmo após um ano.

Segundo os pesquisadores, uma possibilidade para ampliar a degradação biológica é desenvolver materiais com ligações químicas que possam ser rompidas pelas enzimas dos microrganismos.