Uma pesquisa conduzida por um grupo do Institute of Science Tokyo, no Japão, revelou que a diminuição dos níveis de dióxido de carbono (CO2) pode aumentar significativamente a produção microbiana do plástico biodegradável poli[(R)-3-hidroxibutirato] (P(3HB). O estudo, liderado pelo professor assistente Yuki Miyahara, demonstrou que as bactérias que oxidam hidrogênio, quando cultivadas em condições seguras e não inflamáveis, conseguem produzir mais plástico em concentrações mais baixas de CO2.

Contexto e importância da pesquisa

Com o aumento das iniciativas globais para a redução das emissões de CO2, cientistas têm buscado formas de transformar esse gás de efeito estufa abundante em produtos úteis. A conversão microbiana de CO2, que utiliza microrganismos naturais para transformar esse gás em materiais sustentáveis, é uma das abordagens exploradas. O Ralstonia eutropha, uma bactéria que oxida hidrogênio, é frequentemente utilizada nesse processo, utilizando hidrogênio, oxigênio e CO2 para sintetizar plásticos biodegradáveis como o P(3HB).

Os sistemas convencionais de fermentação gasosa normalmente requerem altas concentrações de hidrogênio, o que pode comprometer a segurança do processo. Para contornar essa questão, a equipe de pesquisa desenvolveu um sistema de cultura de gás não combustível. Com isso, o grupo investigou como a variação na concentração de CO2 poderia melhorar a produção de P(3HB) em condições operacionais seguras.

Resultados e implicações

Os pesquisadores observaram que a redução da concentração de CO2 para aproximadamente 1,4% em volume resultou em um aumento significativo na acumulação de P(3HB) nas células. Além disso, as bactérias não apenas produziram mais plástico, mas também converteram o CO2 de forma mais eficiente em comparação com culturas expostas a concentrações mais elevadas de CO2.

A equipe investigou ainda o papel da anidrase carbônica (Can), uma enzima que converte rapidamente CO2 em bicarbonato, essencial para o metabolismo celular. Os resultados mostraram que o aumento da expressão dessa enzima promoveu a acumulação de P(3HB), mas apenas em condições de baixa concentração de CO2. Isso indica que o processamento eficiente do carbono dentro das células é crucial quando o CO2 externo é limitado.

Os autores afirmam que a disponibilidade reduzida de CO2 desencadeia respostas celulares adaptativas que melhoram a eficiência na utilização do carbono. Dessa forma, a escassez moderada de CO2 não limita o crescimento, mas incentiva as células a utilizarem o carbono disponível de forma mais eficaz, resultando em maior acumulação de polímeros.

Os achados abrem caminho para o desenvolvimento de processos industriais que possam converter fontes de CO2 em baixas concentrações, como gases de escape, em plásticos biodegradáveis. A combinação de manuseio seguro de gases com conversão melhorada de carbono representa uma estratégia promissora para o reaproveitamento sustentável de carbono e redução das emissões de gases de efeito estufa.

Os pesquisadores planejam aprimorar ainda mais o processo e estender essa estratégia a outros microrganismos e produtos, o que pode acelerar o desenvolvimento de novos processos que transformem carbono residual em uma variedade de materiais renováveis, apoiando a transição para uma economia de carbono circular.