O “plástico vivo” biodegradável aloja esporos bacterianos que o ajudam a decompor-se
Um novo tipo de bioplástico poderá ajudar a reduzir a pegada ambiental da indústria do plástico. Investigadores liderados pela Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram uma forma biodegradável de poliuretano termoplástico (TPU), um plástico comercial macio mas durável utilizado em calçado, tapetes, almofadas e espuma com memória. É preenchido com esporos bacterianos que, quando expostos aos nutrientes presentes no composto, germinam e decompõem o material no final do seu ciclo de vida.
O trabalho é descrito em pormenor num artigo publicado na revista Nature Communications.
O TPU biodegradável foi feito com esporos bacterianos de uma estirpe de Bacillus subtilis que tem a capacidade de decompor materiais de polímeros plásticos.
“É uma propriedade inerente a estas bactérias”, disse o coautor do estudo, Jon Pokorski, professor de nanoengenharia na Escola de Engenharia Jacobs da UC San Diego e co-líder do Centro de Ciência e Engenharia de Investigação de Materiais (MRSEC) da universidade. “Pegámos em algumas estirpes e avaliámos a sua capacidade de utilizar TPUs como única fonte de carbono, depois escolhemos a que cresceu melhor”, acrescentou.
Os investigadores utilizaram esporos bacterianos, uma forma dormente de bactéria, devido à sua resistência a condições ambientais adversas. Ao contrário dos esporos de fungos, que têm um papel reprodutivo, os esporos bacterianos têm um escudo protetor de proteínas que permite que as bactérias sobrevivam enquanto estão num estado vegetativo.
Para produzir o plástico biodegradável, os investigadores introduziram esporos de Bacillus subtilis e pellets de TPU numa extrusora de plástico. Os ingredientes foram misturados e derretidos a 135 graus Celsius, sendo depois extrudidos sob a forma de tiras finas de plástico.
Para avaliar a biodegradabilidade do material, as tiras foram colocadas em ambientes de compostagem microbialmente activos e estéreis. As configurações de composto foram mantidas a 37 graus Celsius com uma humidade relativa que variava entre 44 e 55%. A água e outros nutrientes no composto despoletaram a germinação dos esporos dentro das tiras de plástico, que atingiram 90% de degradação em cinco meses.
“O que é notável é que o nosso material se decompõe mesmo sem a presença de micróbios adicionais”, disse Pokorski. “É provável que a maioria destes plásticos não vá parar a instalações de compostagem ricas em micróbios. Por isso, esta capacidade de auto-degradação num ambiente sem micróbios torna a nossa tecnologia mais versátil.”
Embora os investigadores ainda precisem de estudar o que fica para trás depois de o material se degradar, notam que quaisquer esporos bacterianos remanescentes são provavelmente inofensivos. Bacillus subtilis é uma estirpe utilizada em probióticos e é geralmente considerada segura para os seres humanos e animais – pode até ser benéfica para a saúde das plantas.
Neste estudo, os esporos bacterianos foram objeto de engenharia evolutiva para sobreviverem às altas temperaturas necessárias para a produção de TPU. Os investigadores utilizaram uma técnica denominada evolução laboratorial adaptativa para criar uma estirpe resistente às temperaturas de extrusão.
O processo envolve o crescimento dos esporos, submetendo-os a temperaturas extremas durante períodos de tempo crescentes e permitindo-lhes sofrer mutações naturais. As estirpes que sobrevivem a este processo são depois isoladas e submetidas de novo ao ciclo.
“Evoluímos continuamente as células uma e outra vez até chegarmos a uma estirpe optimizada para tolerar o calor”, disse o coautor do estudo, Adam Feist, um cientista de investigação em bioengenharia da Escola de Engenharia Jacobs da UC San Diego. “É espantoso como este processo de evolução e seleção bacteriana funcionou bem para este fim”, acrescentou.
Os esporos também servem como um enchimento de reforço, semelhante à forma como os vergalhões reforçam o betão. O resultado é uma variante de TPU com propriedades mecânicas melhoradas, exigindo mais força para quebrar e exibindo maior elasticidade.
“Ambas as propriedades são muito melhoradas apenas com a adição dos esporos”, disse Pokorski. “Isto é ótimo porque a adição de esporos leva as propriedades mecânicas para além das limitações conhecidas, onde anteriormente havia um compromisso entre a resistência à tração e a elasticidade”, acrescentou.
Embora o estudo atual se tenha centrado na produção de pequenas quantidades à escala laboratorial para compreender a viabilidade, os investigadores estão a trabalhar na otimização da abordagem para utilização à escala industrial.
Os esforços em curso incluem o aumento da produção para quantidades de quilogramas, a evolução das bactérias para decomporem mais rapidamente os materiais plásticos e a exploração de outros tipos de plásticos para além do TPU.
“Há muitos tipos diferentes de plásticos comerciais que acabam no ambiente – o TPU é apenas um deles”, disse Feist. “Um dos nossos próximos passos é alargar o âmbito dos materiais biodegradáveis que podemos produzir com esta tecnologia”, concluiu.
