Cientistas demonstraram uma nova tecnologia na qual bactérias bioengenheiradas podem produzir produtos químicos/polímeros de baixo custo a partir de fontes vegetais renováveis.
A lignina é um material constituinte da parede celular de todas as plantas terrestres. É o segundo polímero natural mais abundante, depois da celulose. Este material é o único polímero encontrado em plantas que não é composto por monômeros de carboidratos ( açúcares ). Os biopolímeros lignocelulósicos conferem forma, estabilidade, resistência e rigidez às plantas. Consistem em três componentes principais: celulose e hemicelulose formam uma estrutura na qual a lignina se incorpora como uma espécie de conector, solidificando assim a parede celular. A lignificação da parede celular torna as plantas resistentes ao vento e a pragas, além de protegê-las da decomposição. A lignina é um recurso energético renovável vasto, porém muito subutilizado. Representando até 30% da biomassa lignocelulósica, a lignina é um tesouro inexplorado – pelo menos do ponto de vista químico. A indústria química depende principalmente de compostos de carbono para a criação de diversos produtos, como tintas, fibras artificiais, fertilizantes e, principalmente, plásticos. Essa indústria utiliza alguns recursos renováveis, como óleo vegetal, amido, celulose, etc., mas estes representam apenas 13% do total de compostos.
Lignina, alternativa promissora ao petróleo para a fabricação de produtos
De fato, a lignina é a única fonte renovável na Terra que contém um grande número de compostos aromáticos. Isso é importante porque os compostos aromáticos são geralmente extraídos do petróleo, uma fonte não renovável, e usados na produção de plásticos , tintas, etc. Assim, o potencial da lignina é muito alto. Em comparação com o petróleo, que é um combustível fóssil não renovável, a lignocelulose é derivada da madeira , palha ou Miscanthus, que são fontes renováveis. A lignina pode ser cultivada em campos e florestas e geralmente não causa impactos climáticos significativos. A lignocelulose vem sendo considerada uma alternativa viável ao petróleo nas últimas décadas. O petróleo impulsiona a indústria química atualmente. Ele é matéria-prima para muitos produtos químicos básicos, que são então usados para produzir outros produtos úteis. Mas o petróleo é uma fonte não renovável e está se esgotando; portanto, é necessário focar na busca por fontes renováveis. É nesse contexto que a lignina entra em cena, apresentando-se como uma alternativa muito promissora.
A lignina é rica em energia, mas a recuperação dessa energia é um processo complexo e caro; portanto, mesmo o biocombustível gerado como resultado final geralmente tem um custo muito elevado e não consegue substituir economicamente a energia utilizada atualmente para transporte. Muitas abordagens têm sido pesquisadas para desenvolver maneiras economicamente viáveis de decompor a lignina e convertê-la em produtos químicos valiosos. No entanto, diversas limitações têm restringido a conversão de uma matéria vegetal tão complexa como a lignina para uso como fonte de energia alternativa ou mesmo para torná-la mais economicamente viável. Um estudo recente conseguiu modificar geneticamente bactérias (E. coli) para atuarem como uma fábrica celular de bioconversão eficiente e produtiva. As bactérias crescem e se multiplicam muito rapidamente e são capazes de suportar processos industriais rigorosos. Essas informações foram combinadas com o conhecimento de microrganismos degradadores de lignina disponíveis naturalmente. O trabalho foi publicado nos Anais da Academia Nacional de Ciências dos EUA (Proceedings of the National Academy of Sciences).
A equipe de pesquisadores liderada pela Dra. Seema Singh, dos Laboratórios Nacionais Sandia, resolveu três problemas principais encontrados na transformação da lignina em produtos químicos de plataforma. O primeiro grande obstáculo é que a bactéria E. coli geralmente não produz as enzimas necessárias para a conversão. Os cientistas tendem a resolver esse problema da produção de enzimas adicionando um "indutor" ao ciclo de fermentação. Esses indutores são eficazes, mas muito caros e, portanto, não se encaixam bem no conceito de biorrefinarias. Os pesquisadores tentaram um conceito no qual um composto derivado da lignina, como a baunilha, foi usado como substrato e indutor, por meio da engenharia genética da bactéria E. coli. Isso eliminaria a necessidade de um indutor caro. No entanto, como o grupo descobriu, a baunilha não era uma boa escolha, principalmente porque, uma vez que a lignina se decompõe, a baunilha é produzida em grandes quantidades e começa a inibir a função da E. coli, ou seja, a baunilha começa a causar toxicidade. Mas isso acabou sendo uma vantagem para eles quando modificaram a bactéria . No novo cenário, a própria substância química tóxica para a E. coli é utilizada para iniciar o complexo processo de "valorização da lignina". Uma vez presente, a baunilha ativa as enzimas e as bactérias começam a converter a vanilina em catecol, o composto químico desejado. Além disso, a quantidade de vanilina nunca atinge o nível tóxico, pois é autorregulada no sistema atual. O terceiro e último problema era a eficiência. O sistema de conversão era lento e passivo, então os pesquisadores buscaram transportadores mais eficazes de outras bactérias e os inseriram na E. coli, acelerando o processo. Superar os problemas de toxicidade e eficiência por meio de soluções inovadoras como essa pode tornar a produção de biocombustíveis um processo mais econômico. E a remoção de um indutor externo, juntamente com a incorporação da autorregulação, pode otimizar ainda mais o processo de produção de biocombustíveis.
Está bem estabelecido que, uma vez que a lignina é quebrada, ela tem a capacidade de fornecer ou melhor "conceder" produtos químicos de plataforma valiosos que podem então ser convertidos em náilon, plásticos, produtos farmacêuticos e outros produtos importantes que são atualmente derivados do petróleo, um não - fonte de energia renovável. Este estudo é relevante por ser um passo em direção à pesquisa e desenvolvimento de soluções econômicas para biocombustíveis e bioprodução. Usando a tecnologia de bioengenharia, podemos produzir grandes quantidades de produtos químicos de plataforma e vários outros novos produtos finais, não apenas com E. coli bacteriana, mas também com outros hospedeiros microbianos. As pesquisas futuras dos autores se concentrarão em demonstrar uma produção econômica desses produtos. Essa pesquisa tem um grande impacto nos processos de geração de energia e na ampliação do leque de possibilidades para produtos verdes. Os autores observam que em um futuro próximo a lignocelulose deve definitivamente complementar o petróleo, se não substituí-lo.
***
Fontes)
Wu W et al. 2018. Rumo à engenharia de E. coli com um sistema autorregulatório para a valorização da lignina', Anais da Academia Nacional de Ciências . 115(12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
***
 monomers.){kind=link}