Potencial e aplicações biotecnológicas da bioconversão de poliamida pela bactéria Alcaligenes sp.

Abstract

A poliamida (PA) é um polímero sintético amplamente utilizado em diversos setores industriais devido à sua resistência térmica e mecânica. No entanto, sua baixa biodegradabilidade e dificuldade de reciclagem fazem com que seu descarte, usualmente inadequado, contribua significativamente para a crise ambiental dos plásticos. Diante desse cenário, a biodegradação de PA por microrganismos surge como uma alternativa promissora para a remediação ambiental. Este estudo investiga, através de análise genômica e experimental, o potencial biotecnológico de Alcaligenes sp. PE 187 na degradação da PA e, através apenas de análise genômica, o potencial para conversão de seus subprodutos em polihidroxialcanoatos (PHAs), biopolímeros de interesse industrial. A estirpe bacteriana utilizada nesse estudo foi isolada por Peixoto (2013) a partir de resíduos plásticos coletados em solos do Cerrado brasileiro e caracterizada como Alcaligenes sp. PE 187. O sequenciamento e a análise genômica foram realizados para identificar genes envolvidos na degradação da PA e na biossíntese de PHAs. Adicionalmente, o microrganismo foi cultivado em meio mínimo mineral contendo PA como única fonte de carbono para avaliar a adesão microbiana e a viabilidade celular após 90 dias de cultivo. As modificações químicas nos filmes de PA utilizados nas culturas foram analisadas por espectroscopia de infravermelho (ATR-FTIR) para verificar possíveis modificações químicas associadas à biodegradação. A análise genômica revelou que o genoma completo da Alcaligenes sp. PE 187 possui 3.798 genes codificadores de proteínas, e um repertório metabólico possivelmente associado à degradação de poliamida. Foram identificados genes relacionados a funções enzimáticas completas e parciais da via metabólica da caprolactama, principal via a degradação de PA. Também foram identificados genes homólogos ao 6-aminohexanoato-cíclico-dímero hidrolase (nylA) e 6- aminohexanoato linear-oligômero hidrolase (nylB), relacionados a degradação inicial do polímero de poliamida à oligômeros e monômeros. Os resultados dos ensaios experimentais corroboraram os achados genômicos e indicam a capacidade de Alcaligenes sp. PE 187 de biodegradar a poliamida e colonizar a superfície desta, apresentando viabilidade celular mesmo após 90 dias de cultivo. A análise por ATR-FTIR indicou degradação parcial do polímero, com redução de bandas características das ligações amida e surgimento de novos grupos funcionais, como nitrilas e isocianatos. Em relação ao potencial para biossíntese de PHAs, foram identificados genes homólogos relacionados ao phaA, phaB, phaC, phaZ e phaR. Esses achados sugerem que a bactéria pode converter subprodutos da degradação da PA em biopolímeros sustentáveis. Os resultados obtidos demonstram o potencial biotecnológico dessa estirpe na biodegradação da PA e na bioconversão de seus derivados em PHAs, possibilitando futuras aplicações na remediação ambiental e na produção de bioplásticos sustentáveis. Estudos futuros podem explorar a expressão e caracterização de enzimas envolvidas na degradação da PA, a otimização das condições ambientais para aprimorar a biodegradação e a engenharia metabólica para maximizar a produção de PHAs.