A durabilidade dos plásticos é tanto a razão de sua ampla utilização quanto a causa de problemas ambientais. Além disso, eles são predominantemente obtidos a partir do petróleo, o que os torna não renováveis e dependentes de fatores geopolíticos. Grupos de pesquisa ao redor do mundo buscam alternativas biodegradáveis e de origem biológica, mas frequentemente enfrentam desafios relacionados ao rendimento, pureza e, consequentemente, custos de produção.

Tsutomu Tanaka, bioengenheiro da Universidade Kobe, afirma: “A maioria das estratégias de produção baseadas em biomassa foca em moléculas compostas por carbono, oxigênio e hidrogênio. No entanto, existem compostos altamente promissores para plásticos de alta performance que incluem outros elementos, como o nitrogênio, mas não há estratégias de bioprodução eficientes para isso. Além disso, reações químicas puras geram inevitavelmente subprodutos indesejados.” O PDCA, que significa ácido piridinedicarboxílico, é um desses candidatos. Seu caráter biodegradável e as propriedades físicas dos materiais que o incorporam são comparáveis ou até superiores às do PET, amplamente utilizado em embalagens e têxteis. “Nossa equipe abordou o desafio de uma nova perspectiva: buscamos aproveitar o metabolismo celular para assimilar nitrogênio e construir o composto do início ao fim,” diz Tanaka.

No periódico Metabolic Engineering, o grupo da Universidade Kobe publicou que conseguiu produzir PDCA em biorreatores em concentrações mais de sete vezes superiores às previamente reportadas. Tanaka explica: “A importância do nosso trabalho reside em demonstrar que reações metabólicas podem ser utilizadas para incorporar nitrogênio sem gerar subprodutos indesejados, possibilitando a síntese limpa e eficiente do composto alvo.”

No entanto, a equipe enfrentou alguns problemas persistentes ao longo do processo. O mais desafiador surgiu quando descobriram um gargalo em que uma das enzimas introduzidas produzia o composto altamente reativo peróxido de hidrogênio, H₂O₂. Esse composto atacava a própria enzima que o produzia, desativando-a. “Através do aprimoramento das condições de cultivo, em particular pela adição de um composto que pode neutralizar H₂O₂, conseguimos finalmente superar a questão, embora essa adição possa apresentar novos desafios econômicos e logísticos para a produção em larga escala,” afirma Tanaka.

Os bioengenheiros já têm planos para melhorar a produção no futuro, com cada obstáculo indicando um caminho para a solução. Olhando para o futuro, Tanaka declara: “A capacidade de obter quantidades suficientes em biorreatores estabelece as bases para os próximos passos rumo à implementação prática. De maneira mais geral, nossa conquista em incorporar enzimas do metabolismo do nitrogênio amplia o espectro de moléculas acessíveis através da síntese microbiana, aumentando ainda mais o potencial da biofabricação.”

Esta pesquisa foi financiada pela Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (subvenções 25K00054, 23H04565, 25H01701, 25K01594, 25H00819) e pela Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia (subvenção JPMJPR22N9).