Bactéria consegue produzir um importante componente combustível antes só obtido em larga escala do petróleo e os cientistas agora sabem como

Há 32 anos anos, microbiologistas na Suíça encontraram uma bactéria no Lago Zurich capaz de produzir uma substância inesperada: tolueno, um componente industrial muito importante extraído do petróleo e também bastante conhecido por ser usado nas colas de sapateiro. Agora, em um estudo publicado na Nature Chemical Biology, pesquisadores trouxeram a resposta de como essas bactérias produzem esse tóxico hidrocarboneto, mas ainda permanece um mistério o porquê dessa biossíntese.

A bactéria em questão é a Tolumonas auensis e, apesar de não ser a única que produz hidrocarbonetos como um combustível, a produção de tolueno é mais do que estranha. Primeiro, o tolueno possui bastante energia a ser liberada (oxidada) em sua estrutura ('combustível'), significando que o organismo precisou gastar muita energia metabólica para produzi-la. Segundo, o tolueno é bem tóxico. Por que e como essa bactéria está produzindo esse composto?

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Os pesquisadores há décadas vem tentando estudá-la, porém a T. auensis é particularmente difícil de ser multiplica em culturas laboratoriais. Nesse sentido, eles resolveram procurar outras bactérias em lagos similares àqueles de habitação da T. auensis que também produzissem tolueno. Utilizando o Lago Jewel, próximo de Berkeley, Suíça, os pesquisadores coletaram várias amostras das suas águas - incluindo sedimentos - e fizeram uma triagem, eliminando aquelas que não possuíam sinais do hidrocarboneto. Então, através de sequenciamentos genéticos dos seres vivos suspeitos (comunidades de microrganismos anóxicos), eles criaram uma biblioteca com 600 genes que eram prováveis candidatos para a produção de tolueno.

Análises anteriores já tinham sugerido que os genes responsáveis pela produção de tolueno eram provavelmente aqueles relacionados às enzimas de radicais glicilas (GREs), uma pequena família de proteínas que são responsáveis pela catálise de inúmeras reações bioquímicas complexas e que estão sempre pareadas com uma enzima ativadora. Nesse sentido, os pesquisadores encontraram uma enzima GRE muito promissora: a 'Phd B' (fenilacetato descarboxilase), e seu ativador, a enzima 'Phd  A' (uma enzima radical S-adenosinlmetionina).

Para testar se esse par enzimático era o responsável pela produção de tolueno, os pesquisadores injetaram os genes associados em bactérias da espécie Escherichia coli (via edição genética), onde essas são facilmente criadas em cultura. As bactérias produziram, então, as proteínas ligadas aos novos genes, as quais foram coletadas e purificadas pelos pesquisadores. Em seguida, elas foram misturadas com ácido fenilacético - marcado com carbono-13 em sua estrutura - e acabou-se a dúvida: as enzimas, de fato, produziam tolueno, os quais traziam o carbono-13 (indicando que o tolueno não era um contaminante prévio).

Mas ainda fica o mistério: por que essas bactérias produzem tolueno? Bem, existem duas hipóteses: ou essas bactérias produzem o composto para matar outras bactérias competindo pelo mesmo nicho ecológico, ou - mais provável - essas bactérias estão criando energia para si mesmas ao produzirem tolueno. A moeda energética do metabolismo celular, como muitos devem saber, é o ATP (adenina trifosfato), este o qual é produzido apenas depois que os prótons (H+, cátions de hidrogênio) são bombeados para fora da célula, gerando um gradiente de pH ao longo da membrana celular. Devido ao fato da produção do tolueno efetivamente bombear para dentro da célula os prótons, sugere-se que o mesmo sistema tradicional de produção energética dos seres vivos celulares pode também ser capaz de funcionar de forma reversa.

De qualquer forma, agora que já se sabe quais genes/enzimas são os responsáveis pela produção bacteriana de tolueno, os pesquisadores já possuem planos de modificar culturas de bactérias diversas para a síntese em escala industrial de tolueno, uma substância importantíssima em várias áreas, desde transporte até a indústria de solventes. Será a primeira vez que um componente combustível aromático será produzido via síntese bioquímica a partir de fontes renováveis, como a biomassa lignocelulósica, ao invés da necessidade de petróleo. Bem, mas como o tolueno derivado do petróleo ainda é barato, mesmo as melhores bactérias selecionadas via engenharia genética talvez não consigam produzir a substância de forma competitiva no atual mercado. Mas é uma aposta de ouro para o futuro. E, por enquanto, os cientistas já se dão por satisfeitos por terem resolvido grande parte do mistério e aprendido mais sobre a atividade das enzimas envolvidas no processo.

*Aromático: significa, no caso, que a estrutura molecular da substância possui um ou mais anéis hexagonais com ligações pi conjugadas em ressonância (um anel de benzeno).

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Publicação do estudo: Nature

Referência adicional: Science (Blog)