Cientistas criam jeito melhor que o da natureza para ‘filtrar’ gás carbônico

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Na natureza, plantas convertem dióxido de carbono (CO2) do ar em energia. No Instituto Max Planck, da Alemanha, cientistas desenvolvem uma via sintética capaz de capturar gás carbônico de forma mais eficiente. E ainda acham um jeito de implementá-la em bactérias vivas.

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Para quem tem pressa:

• Cientistas do Instituto Max Planck, na Alemanha, desenvolveram uma via sintética – o ciclo THETA – capaz de capturar dióxido de carbono de forma mais eficiente que a natureza;
• O ciclo THETA, composto por 17 biocatalisadores, produz acetyl-CoA, molécula fundamental não só para biocombustíveis mas também para diversos materiais e produtos farmacêuticos;
• A equipe otimizou o ciclo THETA em laboratório e começou a incorporá-lo em bactérias E. coli, dividindo o processo em três módulos funcionais;
• O próximo passo é integrar todos os módulos numa única célula de E. coli, o que requer sincronização com o metabolismo natural da bactéria. A pesquisa abre caminho para instruir micróbios a produzir uma variedade de compostos valiosos de forma sustentável.

Por meio desse caminho, chamado de ciclo THETA pelos cientistas, se cria acetyl-CoA. Essa molécula é uma espécie de tijolinho e pode ajudar a produzir biocombustíveis e outros produtos de maneira sustentável.

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Avanços no laboratório inspirados na natureza

As plantas são famosas por converterem gás carbônico em energia para alimentar seu crescimento. Com excesso de CO2 na atmosfera, não surpreende que os cientistas recorrem a esse processo para ajudar a controlar os níveis, enquanto produzem combustíveis e outras moléculas úteis.

O ciclo THETA usa 17 biocatalisadores para produzir a molécula chamada acetyl-CoA. Além de importante para biocombustíveis, esse tijolinho pode ser a chave para uma variedade de outros materiais e produtos farmacêuticos.

Essa via sintética é construída em torno das duas enzimas de fixação de CO2: crotonil-CoA carboxilase/reductase e fosfoenolpiruvato carboxilase. Ambas isoladas de bactérias. 

Embora cada uma delas seja mais de dez vezes mais rápida na captura de gás carbônico do que a enzima primária que as plantas usam, a evolução parece não tê-las naturalmente emparelhado ainda. Então, os cientistas o fizeram.

Rota da pesquisa

Primeiro, a equipe construiu o ciclo THETA em tubos de ensaio para confirmar sua capacidade de capturar duas moléculas de CO2 do ar e convertê-las em uma molécula de acetyl-CoA. 

Depois, os pesquisadores o otimizaram ao longo de várias rodadas de experimentos para aumentar seu rendimento em 100 vezes. Finalmente, eles começaram a incorporar o ciclo em células de E. coli, bactéria do intestino de animais e humanos.

O processo de 17 etapas é muito complicado para uma única célula lidar, então a equipe dividiu-o em três módulos e os incorporou em E. coli. Cada módulo funcionou conforme esperado, segundo o Instituto Max Planck. A pesquisa foi publicada na revista Nature Catalysis.

E agora?

O próximo passo é juntar tudo numa única célula. Mas isso exigirá a sincronização de cada etapa com o metabolismo natural da E. coli. Mesmo assim, esse marco é importante, diz a equipe. A técnica poderia ser adaptada para instruir micróbios a produzir diversos compostos valiosos.

“O que é especial sobre esse ciclo é que ele contém vários intermediários que servem como metabólitos centrais no metabolismo da bactéria”, disse Shanshan Luo, autor principal do estudo. “Essa sobreposição oferece a oportunidade de desenvolver uma abordagem modular para sua implementação.”