BR102020009936A2 - Uso de monooxigenases líticas de polissacarídeos, composição enzimática contendo-as e método de degradação de polímeros plásticos - Google Patents
Uso de monooxigenases líticas de polissacarídeos, composição enzimática contendo-as e método de degradação de polímeros plásticos Download PDFInfo
- Publication number
- BR102020009936A2 BR102020009936A2 BR102020009936-1A BR102020009936A BR102020009936A2 BR 102020009936 A2 BR102020009936 A2 BR 102020009936A2 BR 102020009936 A BR102020009936 A BR 102020009936A BR 102020009936 A2 BR102020009936 A2 BR 102020009936A2
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- approximately
- pet
- enzyme
- seq
- identity
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 title claims abstract description 36
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 title claims description 19
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 title claims description 19
- 102000008109 Mixed Function Oxygenases Human genes 0.000 title claims description 18
- 108010074633 Mixed Function Oxygenases Proteins 0.000 title claims description 18
- 230000002101 lytic effect Effects 0.000 title claims description 18
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 title claims 9
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 title abstract description 44
- 239000004033 plastic Substances 0.000 title abstract description 44
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title abstract description 16
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims abstract description 98
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims abstract description 98
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims abstract description 75
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims abstract description 75
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims abstract description 30
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 14
- 241000889608 [Kitasatospora] papulosa Species 0.000 claims abstract description 10
- 241001507865 Aspergillus fischeri Species 0.000 claims abstract description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 101000693873 Unknown prokaryotic organism Leaf-branch compost cutinase Proteins 0.000 claims description 30
- 101000693878 Ideonella sakaiensis (strain NBRC 110686 / TISTR 2288 / 201-F6) Poly(ethylene terephthalate) hydrolase Proteins 0.000 claims description 29
- 108010005400 cutinase Proteins 0.000 claims description 22
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 21
- 125000003275 alpha amino acid group Chemical group 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 230000007515 enzymatic degradation Effects 0.000 claims description 12
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 5
- 235000013305 food Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 5
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 claims description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 claims description 3
- 101710154526 Lytic chitin monooxygenase Proteins 0.000 abstract description 62
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 22
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 20
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 abstract description 20
- 244000005700 microbiome Species 0.000 abstract description 9
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 abstract description 7
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000002538 fungal effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001420 photoelectron spectroscopy Methods 0.000 abstract description 3
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 51
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 18
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 14
- 239000000047 product Substances 0.000 description 12
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 10
- 150000004804 polysaccharides Chemical class 0.000 description 10
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 9
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 9
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 8
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 7
- 241000187747 Streptomyces Species 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 7
- FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 4-amino-1-[(2r)-6-amino-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-amino-3-phenylpropanoyl]amino]-3-phenylpropanoyl]amino]-4-methylpentanoyl]amino]hexanoyl]piperidine-4-carboxylic acid Chemical compound C([C@H](C(=O)N[C@H](CC(C)C)C(=O)N[C@H](CCCCN)C(=O)N1CCC(N)(CC1)C(O)=O)NC(=O)[C@H](N)CC=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 0.000 description 6
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 6
- 102000004157 Hydrolases Human genes 0.000 description 6
- 108090000604 Hydrolases Proteins 0.000 description 6
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 6
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 5
- 239000005041 Mylar™ Substances 0.000 description 5
- 241000203780 Thermobifida fusca Species 0.000 description 5
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 5
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 5
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 5
- 239000013604 expression vector Substances 0.000 description 5
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 5
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 5
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 5
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 238000002415 sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis Methods 0.000 description 5
- 241000186073 Arthrobacter sp. Species 0.000 description 4
- 241000228212 Aspergillus Species 0.000 description 4
- 241000228257 Aspergillus sp. Species 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000204057 Kitasatospora Species 0.000 description 4
- 102000004882 Lipase Human genes 0.000 description 4
- 108090001060 Lipase Proteins 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 4
- 241000187180 Streptomyces sp. Species 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000004795 extruded polystyrene foam Substances 0.000 description 4
- 239000013502 plastic waste Substances 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 101100136076 Aspergillus oryzae (strain ATCC 42149 / RIB 40) pel1 gene Proteins 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 241001575835 Ideonella sakaiensis Species 0.000 description 3
- 241000060682 Kitasatospora sp. Species 0.000 description 3
- 241000228143 Penicillium Species 0.000 description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 3
- 241000589540 Pseudomonas fluorescens Species 0.000 description 3
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 3
- 238000001042 affinity chromatography Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 3
- 238000001641 gel filtration chromatography Methods 0.000 description 3
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 3
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 3
- 101150040383 pel2 gene Proteins 0.000 description 3
- 101150050446 pelB gene Proteins 0.000 description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 241000194110 Bacillus sp. (in: Bacteria) Species 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- 101100008044 Caenorhabditis elegans cut-1 gene Proteins 0.000 description 2
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 description 2
- 108020004705 Codon Proteins 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000004367 Lipase Substances 0.000 description 2
- 239000012901 Milli-Q water Substances 0.000 description 2
- 241000589774 Pseudomonas sp. Species 0.000 description 2
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- 239000012505 Superdex™ Substances 0.000 description 2
- 241001633114 Thermobifida sp. Species 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000011210 chromatographic step Methods 0.000 description 2
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 125000003147 glycosyl group Chemical group 0.000 description 2
- HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N histidine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000000487 histidyl group Chemical group [H]N([H])C(C(=O)O*)C([H])([H])C1=C([H])N([H])C([H])=N1 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- BPHPUYQFMNQIOC-NXRLNHOXSA-N isopropyl beta-D-thiogalactopyranoside Chemical compound CC(C)S[C@@H]1O[C@H](CO)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O BPHPUYQFMNQIOC-NXRLNHOXSA-N 0.000 description 2
- 235000019421 lipase Nutrition 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 2
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 2
- 229920002961 polybutylene succinate Polymers 0.000 description 2
- 239000004631 polybutylene succinate Substances 0.000 description 2
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 description 2
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 description 2
- 229920006267 polyester film Polymers 0.000 description 2
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 2
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 2
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 2
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LLLVZDVNHNWSDS-UHFFFAOYSA-N 4-methylidene-3,5-dioxabicyclo[5.2.2]undeca-1(9),7,10-triene-2,6-dione Chemical compound C1(C2=CC=C(C(=O)OC(=C)O1)C=C2)=O LLLVZDVNHNWSDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000093895 Acidovorax sp. Species 0.000 description 1
- 241001156739 Actinobacteria <phylum> Species 0.000 description 1
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 241000186063 Arthrobacter Species 0.000 description 1
- 241000272370 Aspergillus aculeatinus Species 0.000 description 1
- 241001331781 Aspergillus brasiliensis Species 0.000 description 1
- 241001182701 Aspergillus brunneoviolaceus Species 0.000 description 1
- 241000880414 Aspergillus caelatus Species 0.000 description 1
- 241000228193 Aspergillus clavatus Species 0.000 description 1
- 241001182719 Aspergillus fijiensis Species 0.000 description 1
- 241000228197 Aspergillus flavus Species 0.000 description 1
- 241001225321 Aspergillus fumigatus Species 0.000 description 1
- 241001331777 Aspergillus homomorphus Species 0.000 description 1
- 241000886819 Aspergillus ibericus Species 0.000 description 1
- 241001480052 Aspergillus japonicus Species 0.000 description 1
- 241000122821 Aspergillus kawachii Species 0.000 description 1
- 241001149711 Aspergillus lentulus Species 0.000 description 1
- 241000131307 Aspergillus leporis Species 0.000 description 1
- 241001161128 Aspergillus mulundensis Species 0.000 description 1
- 241000351920 Aspergillus nidulans Species 0.000 description 1
- 241000228245 Aspergillus niger Species 0.000 description 1
- 241000668755 Aspergillus novofumigatus Species 0.000 description 1
- 240000006439 Aspergillus oryzae Species 0.000 description 1
- 235000002247 Aspergillus oryzae Nutrition 0.000 description 1
- 241001331772 Aspergillus piperis Species 0.000 description 1
- 241000132618 Aspergillus saccharolyticus Species 0.000 description 1
- 241000134719 Aspergillus tamarii Species 0.000 description 1
- 241001465318 Aspergillus terreus Species 0.000 description 1
- 241000131366 Aspergillus thermomutatus Species 0.000 description 1
- 241000228232 Aspergillus tubingensis Species 0.000 description 1
- 241000772824 Aspergillus turcosus Species 0.000 description 1
- 241000306560 Aspergillus udagawae Species 0.000 description 1
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 1
- 241001508395 Burkholderia sp. Species 0.000 description 1
- 101100008046 Caenorhabditis elegans cut-2 gene Proteins 0.000 description 1
- 241000231829 Caldibacillus Species 0.000 description 1
- 241000222120 Candida <Saccharomycetales> Species 0.000 description 1
- 102000004308 Carboxylic Ester Hydrolases Human genes 0.000 description 1
- 108090000863 Carboxylic Ester Hydrolases Proteins 0.000 description 1
- 102000005575 Cellulases Human genes 0.000 description 1
- 108010084185 Cellulases Proteins 0.000 description 1
- 241001124860 Cellvibrio sp. Species 0.000 description 1
- 241000193403 Clostridium Species 0.000 description 1
- 229920000832 Cutin Polymers 0.000 description 1
- 241001495410 Enterococcus sp. Species 0.000 description 1
- 241001198387 Escherichia coli BL21(DE3) Species 0.000 description 1
- 241000223221 Fusarium oxysporum Species 0.000 description 1
- 241001149959 Fusarium sp. Species 0.000 description 1
- 241000123332 Gloeophyllum Species 0.000 description 1
- 229920001503 Glucan Polymers 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 241000046129 Hahella Species 0.000 description 1
- 241001480714 Humicola insolens Species 0.000 description 1
- 241001373560 Humicola sp. Species 0.000 description 1
- 101000989724 Ideonella sakaiensis (strain NBRC 110686 / TISTR 2288 / 201-F6) Mono(2-hydroxyethyl) terephthalate hydrolase Proteins 0.000 description 1
- 241000157919 Jonesia Species 0.000 description 1
- 241000958270 Kitasatospora aburaviensis Species 0.000 description 1
- 241000186984 Kitasatospora aureofaciens Species 0.000 description 1
- 241001609651 Kitasatospora cheerisanensis Species 0.000 description 1
- 241000970986 Kitasatospora herbaricolor Species 0.000 description 1
- 241000946837 Kitasatospora misakiensis Species 0.000 description 1
- 241000235649 Kluyveromyces Species 0.000 description 1
- 241000603578 Lentinus sp. Species 0.000 description 1
- 241001084338 Listeria sp. Species 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 241000187723 Micromonospora sp. Species 0.000 description 1
- 102000016943 Muramidase Human genes 0.000 description 1
- 108010014251 Muramidase Proteins 0.000 description 1
- 108010062010 N-Acetylmuramoyl-L-alanine Amidase Proteins 0.000 description 1
- 241000088436 Neurospora sp. Species 0.000 description 1
- 241001221335 Nocardiopsis sp. Species 0.000 description 1
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 description 1
- 241001459566 Papulosa Species 0.000 description 1
- 241001019469 Penicillium antarcticum Species 0.000 description 1
- 241000339710 Penicillium arizonense Species 0.000 description 1
- 241001496963 Penicillium brasilianum Species 0.000 description 1
- 241000228147 Penicillium camemberti Species 0.000 description 1
- 235000002245 Penicillium camembertii Nutrition 0.000 description 1
- 241001507797 Penicillium coprophilum Species 0.000 description 1
- 241001507673 Penicillium digitatum Species 0.000 description 1
- 241001123663 Penicillium expansum Species 0.000 description 1
- 241000231621 Penicillium freii Species 0.000 description 1
- 241000228127 Penicillium griseofulvum Species 0.000 description 1
- 241000122123 Penicillium italicum Species 0.000 description 1
- 241000864269 Penicillium nalgiovense Species 0.000 description 1
- 241000985513 Penicillium oxalicum Species 0.000 description 1
- 241000985508 Penicillium rolfsii Species 0.000 description 1
- 241001280501 Penicillium rubens Species 0.000 description 1
- 241000864268 Penicillium solitum Species 0.000 description 1
- 241000228168 Penicillium sp. Species 0.000 description 1
- 241000906118 Penicillium steckii Species 0.000 description 1
- 241001055258 Penicillium subrubescens Species 0.000 description 1
- 241001149509 Penicillium vulpinum Species 0.000 description 1
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 1
- 102000035195 Peptidases Human genes 0.000 description 1
- 241001505931 Pestalotiopsis sp. Species 0.000 description 1
- 241001557934 Phanerochaete sp. Species 0.000 description 1
- 241000178953 Photorhabdus sp. Species 0.000 description 1
- 241000235648 Pichia Species 0.000 description 1
- 241000856147 Pleurotus sp. Species 0.000 description 1
- 241001557901 Podospora sp. Species 0.000 description 1
- 101710152133 Poly(ethylene terephthalate) hydrolase Proteins 0.000 description 1
- 239000004365 Protease Substances 0.000 description 1
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 1
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 1
- 101100043744 Pseudomonas fluorescens styA gene Proteins 0.000 description 1
- 101100043746 Pseudomonas fluorescens styB gene Proteins 0.000 description 1
- 101100043747 Pseudomonas fluorescens styC gene Proteins 0.000 description 1
- 101000694135 Pseudomonas oleovorans Alkane 1-monooxygenase Proteins 0.000 description 1
- 241000639476 Rhizobacter sp. Species 0.000 description 1
- 241000589180 Rhizobium Species 0.000 description 1
- 241000589187 Rhizobium sp. Species 0.000 description 1
- 241001468218 Saccharomonospora sp. Species 0.000 description 1
- 241000187810 Saccharomonospora viridis Species 0.000 description 1
- 241000235070 Saccharomyces Species 0.000 description 1
- 241000235346 Schizosaccharomyces Species 0.000 description 1
- 229920005654 Sephadex Polymers 0.000 description 1
- 239000012507 Sephadex™ Substances 0.000 description 1
- MTCFGRXMJLQNBG-UHFFFAOYSA-N Serine Natural products OCC(N)C(O)=O MTCFGRXMJLQNBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000607714 Serratia sp. Species 0.000 description 1
- 241000601837 Streptomyces africanus Species 0.000 description 1
- 241000187758 Streptomyces ambofaciens Species 0.000 description 1
- 241000970253 Streptomyces cyaneogriseus Species 0.000 description 1
- 241000187392 Streptomyces griseus Species 0.000 description 1
- 241000970981 Streptomyces iakyrus Species 0.000 description 1
- 241000187398 Streptomyces lividans Species 0.000 description 1
- 241000995615 Streptomyces luteus Species 0.000 description 1
- 241001662155 Streptomyces marokkonensis Species 0.000 description 1
- 241000218589 Streptomyces olivaceus Species 0.000 description 1
- 241000970912 Streptomyces pactum Species 0.000 description 1
- 241001121958 Streptomyces pharetrae Species 0.000 description 1
- 241000173600 Streptomyces pratensis Species 0.000 description 1
- 241001518258 Streptomyces pristinaespiralis Species 0.000 description 1
- 241000970861 Streptomyces regalis Species 0.000 description 1
- 241001466524 Streptomyces rubrogriseus Species 0.000 description 1
- 241000260450 Streptomyces swartbergensis Species 0.000 description 1
- 229920006328 Styrofoam Polymers 0.000 description 1
- 241000206217 Teredinibacter Species 0.000 description 1
- 241000270666 Testudines Species 0.000 description 1
- 241000228178 Thermoascus Species 0.000 description 1
- 241000521303 Thermobifida alba Species 0.000 description 1
- 241000208189 Thermobifida halotolerans Species 0.000 description 1
- 241000203783 Thermomonospora curvata Species 0.000 description 1
- 241001238980 Thermothelomyces Species 0.000 description 1
- 241000741781 Trametes sp. Species 0.000 description 1
- 241001557886 Trichoderma sp. Species 0.000 description 1
- 241000223230 Trichosporon Species 0.000 description 1
- 241000607339 Vibrio gazogenes Species 0.000 description 1
- 241000607284 Vibrio sp. Species 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- 241000235013 Yarrowia Species 0.000 description 1
- 241000987691 [Polyangium] brachysporum Species 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229920003232 aliphatic polyester Polymers 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008135 aqueous vehicle Substances 0.000 description 1
- 229940091771 aspergillus fumigatus Drugs 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000385735 bacterium K Species 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 230000002079 cooperative effect Effects 0.000 description 1
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000366 copper(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000009144 enzymatic modification Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 210000000936 intestine Anatomy 0.000 description 1
- 230000009916 joint effect Effects 0.000 description 1
- 239000002029 lignocellulosic biomass Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000004325 lysozyme Substances 0.000 description 1
- 229960000274 lysozyme Drugs 0.000 description 1
- 235000010335 lysozyme Nutrition 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- SNVLJLYUUXKWOJ-UHFFFAOYSA-N methylidenecarbene Chemical compound C=[C] SNVLJLYUUXKWOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 1
- 239000012994 photoredox catalyst Substances 0.000 description 1
- 229920001748 polybutylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000012958 reprocessing Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 108010038196 saccharide-binding proteins Proteins 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000012064 sodium phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000008261 styrofoam Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008354 tissue degradation Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 239000003981 vehicle Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 229920001221 xylan Polymers 0.000 description 1
- 150000004823 xylans Chemical class 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
Abstract
uso de monooxigenases líticas de polissacarídeos, composição enzimática contendo-as e método de degradação de polímeros plásticos. a presente invenção trata da nova atividade da composição enzimática contendo monooxigenases líticas de polissacarídeos (lytic polysaccharide mono-oxigenases lpmos) bacterianas (auxiliary activity 10, aa10) e/ou fúngicas (auxiliary activity 9, aa9) para a degradação de polietileno tereftalato (pet) e polímeros plásticos relacionados. os genes que codificam kplpmo10a (aa10) e aflpmo9a (aa9) foram isolados a partir dos micro-organismos kitasatospora papulosa e aspergillus fischeri, respectivamente. metodologias como microscopia de força atômica (mfa) e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios x (x-ray photoelectron spectroscopy ou xps) detectaram alterações na morfologia e na composição química superficial do pet encontrado em garrafas de líquidos quando tratados com lpmos. as condições brandas de temperatura empregadas durante a reação lpmo-pet favorecem a aplicação dessas enzimas no auxílio a enzimas canônicas (petases) para desconstrução de plásticos favorecendo a economia circular do pet.
Description
[001] Este pedido contém uma listagem de sequências em forma legível por computador. A forma legível por computador é incorporada aqui por referência.
[002] A presente invenção se insere nas grandes áreas química e ambiental, especificamente nas áreas de biodegradação, biorremediação e biofragmentação.
[003] O plástico é encontrado em várias áreas da indústria, tendo aplicações diversas, tais como em embalagens de alimentos, produtos farmacêuticos, brinquedos, produtos de uso geral doméstico, na construção civil e decoração e inúmeras outras indústrias. Cada material plástico apresenta composição química distinta, sendo alguns deles reutilizáveis e outros com complexo processo de reciclagem.
[004] Os polímeros plásticos são classificados em dois grandes grupos distintos de acordo com o processamento e comportamento térmico: os termoplásticos e os termofixos. Os primeiros são moldáveis, por amolecer quando aquecidos; e os segundos, não são facilmente moldáveis por aquecimento (Spinacé e de Paoli, A tecnologia da reciclagem de polímeros. Química Nova, 2005, 28 (1), 65-72).
[005] Dentre os plásticos que são produzidos e utilizados para diversos fins comerciais, encontram-se o polietileno tereftalato (PET ou PETE ou poliéster), polietileno de alta densidade (HDPE ou PEAD), cloreto de polivinila (PVC), polietileno de baixa densidade (LDPE ou PEBD), polipropileno (PP), poliestireno (PS, isopor), poliuretano (PU), politetrafluoroetileno (Teflon) e outros plásticos que podem ser estratificados ou misturados com outros tipos de poliésteres.
[006] Um levantamento realizado em 2018 mostrou que os principais materiais plásticos consumidos no Brasil são o PP (20,3%), PEAD (13,5%) e PEBD (11,4%). O PET representa 5,9% do consumo nacional. Em 2012, a taxa de reciclagem do PET no Brasil era de 58% (Abiplast 2019, disponível em http://www.abiplast.org.br/wp-content/uploads/2019/10/perfil2018-web_VC.pdf; https://sidra.ibge.gov.br/tabela/1202#resultado , acesso 02 de abril de 2020).
[007] O PET é um termoplástico semi-aromático. Trata-se de um polímero semi-cristalino, higroscópico e incolor com excelente capacidade de revestimento, boa resistência à tração e resistência ao impacto. É um dos plásticos de poliéster mais abundantes e fabricados mundialmente, tendo inúmeras aplicações: contêineres pré-fabricados, produtos termo-formados, setor têxtil, mobílias, implantes médicos e indústrias de automóveis, aviação e aeroespacial.
[008] Uma das principais aplicações do PET está no campo de embalagens como garrafas ou filmes, devido às suas excelentes propriedades de barragem de água, gás e umidade, além de baixa permeabilidade (Koshti, Mehta e Samarth, Biological Recycling of Polyethylene Terephthalate: A mini-review, Journal of Polymers and the Environment 2018, 26, 3520-3529).
[009] Desde que o setor de plástico surgiu, a produção desse produto alcançou um total de 8,3 bilhões de toneladas no mundo e, desse montante produzido, a maioria é usada apenas uma vez e imediatamente descartada, em geral, em aterros sanitários.
[010] Em 2018, a Organização das Nações Unidas (ONU) iniciou um movimento de conscientização global sobre o descarte de objetos plásticos no meio ambiente e seus efeitos. Um dos principais agravantes da poluição causada por materiais plásticos ocorre devido à alta meia-vida desse material que, por vezes, leva mais de 200 anos para se decompor na natureza, o que acarreta um forte impacto ambiental, principalmente quando descartado em oceanos. No ambiente marinho, o plástico afeta os seres desse ecossistema ao alterar ciclos bioquímicos inerentes à flora marinha devido ao bloqueio da penetração de oxigênio e luz no mar. Além disso, tartarugas e peixes podem vir a se alimentar de material plástico, levando-os a óbito. Cerca de 91 % do plástico utilizado mundialmente não é reciclado.
[011] Segundo dados do Banco Mundial (2018), o Brasil é o quarto maior produtor de resíduos plásticos no mundo, com 11,3 milhões de toneladas, ficando atrás apenas dos Estados Unidos (70 milhões de toneladas), China (54,7 milhões de toneladas) e Índia (19,3 milhões de toneladas). Desse total de resíduos gerados, mais de 10,3 milhões de toneladas são coletadas (91 %), mas apenas 145 mil toneladas (1,28 %) são efetivamente recicladas, considerado um dos menores índices da pesquisa e bem abaixo da média global de reciclagem do plástico, que é de 9 %. Geralmente, os resíduos são destinados de forma irregular, onde as cooperativas trabalham com pouca eficiência, já que cerca de 10 % dos resíduos que recebem é rejeito não reaproveitável (Kaza et al. Word Bank Group 2018, What a waste 2.0 – A Global Snapshot of Solid Waste Management to 2050, v.1, 275p).
[012] Mesmo nas usinas de reciclagem, há perdas durante a categorização dos tipos de plásticos por estarem contaminados, serem multicamadas ou de baixo valor. O destino de 7,7 milhões de toneladas de plástico é o aterro sanitário; enquanto outros 2,4 milhões de toneladas são descartados de forma irregular, sem qualquer tipo de tratamento, em vazadouro a céu aberto.
[013] A reciclagem de plásticos pode ser classificada em primária, secundária, terciária e quaternária. A primária é a reintrodução de sucatas e fragmentos de polímeros no ciclo para produção de produtos similares com características semelhantes às dos produtos originais (Pinto, A. G. Lixo Municipal: Manual de Gerenciamento Integrado, IPT/CEMPRE 2018, 4aed, 351p). A secundária trata do reprocessamento mecânico de materiais poliméricos simples e envolve as seguintes etapas: trituração, separação, lavagem e extrusão (Al-Salem, Lettieri e Baeyens, The valorization of plastic solid waste (PSW) by primary to quaternary routes: From re-use to energy and chemicals, Progress in Energy and Combustion Science 2010, 36, 103-129). A terciária, ou química, envolve o processo de despolimerização por processos termoquímicos (pirólise, conversão catalítica) (Pinto, A. G. Lixo Municipal: Manual de Gerenciamento Integrado, IPT/CEMPRE 2018, 4aed, 351p; Al-Salem, Lettieri e Baeyens, The valorization of plastic solid waste (PSW) by primary to quaternary routes: From re-use to energy and chemicals, Progress in Energy and Combustion Science 2010, 36, 103-129; Hopewell, Dvorak e Kosior, Plastics recycling: challenges and opportunites. Philosofical Transactions of the Royal Society B 2009, 364, 2115- 2126). A reciclagem química é uma alternativa aos resíduos plásticos que esgotaram a capacidade de reciclagem pelo método secundário e aos filmes plásticos, laminados e multicamadas (British Plastics Federation, Plastics Recycling. <http://www.bpf.co.uk/sustainability/plastics_recycling.aspx>, acesso 02 de abril de 2020). A quaternária, ou recuperação energética de resíduos, acontece pelo método de incineração gerando vapor ou energia, reduzindo o volume do material em 90 a 99 % em volume e diminuindo o descarte em aterro. Entretanto, esse método deve ser monitorado devido ao decorrente impacto ambiental (Al-Salem, Lettieri e Baeyens, The valorization of plastic solid waste (PSW) by primary to quaternary routes: From re-use to energy and chemicals, Progress in Energy and Combustion Science, 2010, 36, 103-129; Hopewell, Dvorak e Kosior, Plastics recycling: challenges and opportunites. Philosofical Transactions of the Royal Society B 2009, 364, 2115-2126).
[014] Uma outra rota também conhecida de degradação de plásticos, conhecida como intemperismo ou fotodegradação, envolve a exposição à luz UV, além de alterações mecânicas ocasionadas por ondas e ventos ou trituração em rochas e sedimentos marinhos, que eventualmente quebram plásticos maiores em pedaços menores conhecidos como micro- (> 5 mm) e nanoplásticos (0,1 µm). Entretanto, essas partículas menores são prováveis de se incorporarem na cadeia alimentar e findarem no intestino de animais, inclusive o homem, embora ainda não tenha sido determinado em estudo de caso (Danso, Chow e Streit, Plastics: Environmental and biotechnologycal pespectives on microbial degradation. Applied and Environmental Microbiology 2019, 85 (19), 1095-1109).
[015] O PET, que constitui unidade funcional entre o ácido tereftálico (AT) e o etileno glicol (EG) é, via de regra, reciclado das seguintes maneiras: 1) o material é granulado, limpo e extrusado para tornar-se novamente uma garrafa PET; ou 2) o PET é decomposto em seus monômeros que podem ser repolimerizados. Ambas abordagens são conduzidas em altas temperaturas.
[016] Assim, de um modo geral, os principais métodos de reciclagem requerem condições de alta temperatura e alta pressão (métodos químicos) ou consomem uma grande quantidade de energia e/ou geram uma grande quantidade de substâncias tóxicas e nocivas ao meio ambiente, o que resulta inclusive em poluição secundária (biológicos).
[017] Para minimizar esses efeitos a partir de uma abordagem ambientalmente sustentável para a reciclagem de produtos plásticos, tem-se sido aplicado e estudado intensivamente os métodos de biodegradação (Ma et al, Enhanced Poly(ethylene terephthalate) hydrolase activity engineering. Engineering 2018, 4, 888-891; Yoshida et al, A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate. Science 2016, 351 (6278), 1196-1199).
[018] Pesquisas recentes referentes à biodegradação têm abordado a capacidade de micro-organismos em degradar plástico. Com o atual conhecimento sobre a degradação de plástico por meio microbiano, sabe-se que enzimas secretadas ou obtidas a partir de micro-organismos atuam principalmente em polímeros de polietileno tereftalato (PET) e poliuretano (PU). No entanto, as melhores enzimas e micro-organismos ativos em PU e PET ainda apresentam taxas de catálise moderadas.
[019] Em geral, a degradação microbiana de polímeros é um processo lento. Essa alta resistência se deriva principalmente do alto peso molecular da fibra, das fortes interações C-C e da superfície extremamente hidrofóbica, que é muito difícil de ser atacada por enzimas. Além disso, os polímeros apresentam diferentes ordenações moleculares (e.g. formas amorfas e cristalinas), resultando em diferentes níveis de degradabilidade (Danso, Chow e Streit, Plastics: Environmental and biotechnologycal pespectives on microbial degradation. Applied na Environmental Microbiology 2019, 85 (19), 1095-1109).
[020] A primeira evidência de biodegradação de poliésteres aromáticos foi reportada em estudo publicado em 2005, no qual o micro-organismo Thermobifida fusca foi empregado para degradação de PET (Müller et al, Enzymatic degradation of Poly(ethylene terephthalate): rapid hydrolyse using a hydrolase form T. fusca. Macromolecular Rapid Communication 2005, 26, 1400-1405). A partir de então, outros micro-organismos foram testados na degradação desse substrato.
[021] Por exemplo, o documento de patente de invenção JP2000143868 descreve o método de degradação de poliéster aromático com os micro-organismos Trichosporon FEM BP-6445 e Arthrobacter FERM BP-6444.
[022] O documento de patente de invenção WO2005019439 descreve o gênero Rhizobium, em particular, Rhizobium sp. OKH03, possuindo habilidade de degradar poliésteres aromáticos.
[023] O documento de patente de invenção JP20081999957 descreve o bacilo 201-F6 gram negativo isolado a partir de solo com atividade de degradação de poliéster aromático.
[024] Uma abordagem da biodegradação consiste no uso de enzimas isoladas a partir de micro-organismos. Atualmente, existem 27 enzimas funcionais e verificadas conhecidas, das quais a maioria é discriminada bioquimicamente de acordo com os substratos de polímeros sintéticos ou oligômeros/monômeros aos quais elas se ligam. As enzimas cutinases representam a maior fração dominante dentro dos estudos realizados.
[025] Por exemplo, tem-se sido relatadas que as enzimas Thermobifida alba Cut1 (ADV92525), Thermobifida fusca Cut2 (CBY05530), Thermobifida fusca Cut1 (AET05798), Thermobifida halotolerans Serine hydrolase (AFA45122), Saccharomonospora viridis Cutinase (BAO42836), Thermomonospora curvata triacilglicerol lipase(WP 012851645), LCC (AEV21261), Ideonella sakaiensis PETase (GAP38373), Polyangium brachysporum triacilglicerol lipase (WP047194864), Vibrio gazogenes lipase (WP021018894), LiplAF5-2 (ACC95208), Oleispira antarctica LipA (CCk74972), Ideonella sakaiensis MHETase (WP 082368715), Humicola insolens cutinase (4OYY) e Fusarium oxysporum cutinase (5AJH) degradam substratos de polietileno. Para degradação do substrato poliamida (PA) tem-se sido aplicadas as enzimas Arthrobacter sp NylE (WP079941038), Arthrobacter sp NylA (BAA05090), Arthrobacter sp NylB (CAA24927), Arthrobacter sp NylC (YP001965068). As enzimas Pseudomonas oleovorans AHs (CAB54050), Pseudomonas fluorescens StyB (CAB06823), Pseudomonas fluorescens StyA (CAB06823) e Pseudomonas fluorescens StyC (CAB06825) degradaram poliestireno (PS), enquanto a degradação do poliuretano (PU) pode ocorrer com Pseudomonas fluorescens PueA (AAC23718), Pseudomonas fluorescens PueB (AAY92474) e Pseudomonas fluorescens PulA (AAF66684)(Danso, Chow e Streit, Plastics: Environmental and biotechnological perspectives on microbial degradation. Applied Environmental Microbiology 2019, 85 (19), 1095-1109).
[026] A desconstrução enzimática do polietileno tereftalato (PET) tem sido objeto de extensa pesquisa anterior e pode ser agrupada em duas categorias: (1) modificação enzimática da superfície do poliéster ou (2) despolimerização em seus respectivos monômeros. Diferentes enzimas com propriedades específicas são necessárias para esses dois processos. A modificação enzimática da superfície é possível com várias famílias de enzimas, como lipases, carboxilesterases, cutinases e proteases. Por outro lado, a obtenção de monômeros a partir de PET requer uma degradação substancial dos componentes do PET; portanto, apenas um número limitado de cutinases, reconhecido como PETases, atua liberando monômeros a partir do PET. A primeira hidrolase de PET foi descoberta por Müller et al. (Enzymatic degradation of poly(ethylene terephthalate): rapid hydrolyse using hydrolase from T. fusca. Macromolecular Rapid Communications 2005, 26, 1400- 1405).
[027] Existe, portanto, uma necessidade de se obter enzimas que apresentem atividade de degradação de PET e que possam ser empregadas industrialmente na reciclagem desse material.
[028] As mono-oxigenases líticas de polissacarídeos (do inglês, lytic polysaccharide monooxygenases), ou LPMOs, constituem um grupo de enzimas identificado recentemente. Essas enzimas foram originalmente classificadas como uma família GH (glicosil hidrolase) ou CBM (módulo de ligação ao carboidrato), sendo agora pertencentes às enzimas de atividades auxiliares (AAs), identificadas sob as classes AA9 – AA11 e AA13 – AA16 nos bancos de dados CAZy. Sabe-se que a presença de LPMOs em um coquetel enzimático pode aumentar a atividade de GHs canônicas em até duas ordens de magnitude. Além da celulose, as LPMOs oxidam uma ampla gama de polímeros à base de sacarídeos, incluindo hemicelulose, amido e quitina. Notavelmente, algumas LPMOs exibem promiscuidade de substrato. No geral, LPMOs aumentam o desempenho das GHs ao atuarem em regiões onde GHs não atuam aumentando o repertório de extremidades a serem reconhecidas pelas GHs canônicas (Chen et al. Enzymatic degradation of plant biomass and synthetic polymers. Nature Reviews Chemistry 2020, 4: 114–126).
[029] KpLPMO10A é uma LPMO obtida a partir de Kitasatospora papulosa e clonada em Escherichia coli, tendo sido descrito seu uso para degradar biomassa lignocelulósica (Corrêa et al, An actinobacteria lytic polysaccharide Mono-oxigenase acts on both cellulose and xylan to boost biomass saccharification. Biotechnology for Biofuels 2019, 12:117).
[030] Apesar de o mecanismo catalítico e as aplicações das LPMOs terem atraído interesse da indústria nos últimos anos, o uso dessa classe de enzimas como agentes de biodegradação de plásticos quase não foi explorado.
[031] Foi identificado apenas o documento WO201412506 abordando o uso de glicosil hidrolase 61 (GH61), antiga denominação de AA9, oriunda de diversos gêneros de bactérias (gram positivo: Bacillus sp. e Streptomyces sp. ou gram negativo: E.coli ou Pseudomonas sp.) e fungos (Candida, Kluyveromyces, Pichia, Saccharomyces, Schizosaccharomyces ou Yarrowia ou fungos filamentosos) associado a cutinases para o tratamento de tecidos à base de poliéster (PET). Os inventores demonstraram que a associação das enzimas apresenta maior degradação do tecido que apenas com cutinases. Contudo, o documento não aborda o uso isolado de LPMOs na degradação de PET, muito menos na degradação de rejeitos plásticos oriundos de garrafas ou frascos. Além disso, o processo da degradação enzimática descrito ocorreu mediante altas temperaturas (entre 65 e 90 °C), assim como comumente relatado para a reciclagem de PET.
[032] Dessa forma, existe a necessidade de fornecimento de uma alternativa à degradação enzimática de polietileno tereftalato (PET) que seja vantajosa em relação às alternativas descritas no estado da técnica.
[033] Além disso, não foi encontrado nenhum documento do estado da técnica que se refere ou que sugere um processo de degradação enzimática por monooxigenases líticas de polissacarídeos (Lytic Polysaccharide Mono-oxigenases – LPMOs) isoladas a partir da bactéria Kitasatospora papulosa e do fungo filamentoso Aspergillus fischeri, onde a sua função até então conhecida apenas para hidrolisar os compostos lignocelulósicos, podem ser empregadas na degradação de materiais plásticos poliésteres sem o auxílio de enzimas canônicas.
[034] A presente invenção descreve um novo uso de enzimas pertencentes à família das monooxigenases líticas de polissacarídeos (Lytic Polysaccharide Mono-oxygenases – LPMOs). Mais precisamente, a presente invenção descreve o uso de LPMOs na degradação de polietileno, mais especificamente, na degradação de polietileno tereftalato (PET).
[035] As LPMOs da presente invenção são isoladas a partir de micro-organismos, sendo preferencialmente isoladas a partir de bactérias do gênero Kitasatospora sp. e a partir de fungos do gênero Aspergillus sp.
[036] Em uma modalidade, a presente invenção fornece uma composição enzimática para uso na degradação de poliéster que compreende pelo menos uma monooxigenase lítica de polissacarídeos da presente invenção e um veículo aceitável. Em uma modalidade específica, a composição da presente invenção compreende, adicionalmente, uma cutinase, mais especificamente uma PETase.
[037] Em uma segunda modalidade, a presente invenção fornece o uso da composição enzimática da presente invenção na degradação de polietileno tereftalato (PET).
[038] Em uma terceira modalidade, a presente invenção fornece um método de degradação de PET que compreende o uso de pelo menos uma monooxigenase lítica de polissacarídeos da presente invenção. Em uma modalidade específica, o método da presente invenção compreende empregar, adicionalmente, uma cutinase, mais especificamente uma PETase.
[039] Por fim, em uma quarta modalidade, a presente invenção fornece o uso de pelo menos uma monooxigenase lítica de polissacarídeos na degradação enzimática de poliéster, em que a dita monooxigenase lítica de polissacarídeos degrada o dito poliéster sem o auxílio de pelo menos uma enzima canônica. Em uma modalidade preferencial, são utilizadas as monooxigenases líticas de polissacarídeos da presente invenção.
[040] Na figura 1 apresenta-se o vetor de expressão para KpLMO10A (ou LPMO AA10) a partir de Kitasatospora papulosa (A) e AfLPMO9A (ou LPMO AA9) a partir de Aspergillus fischeri (B).
[041] Na figura 2 apresenta-se o perfil proteico de KpLPMO10A (A), AfLPMO9A (B) e IsPETase (C) obtido a partir de dois passos cromatográficos.
[042] Na figura 3 apresenta-se imagens obtidas por Microscopia de Força Atômica de filmes de PET Mylar tratados com LPMOs. A: controle não tratado; B: filme tratado com KpLPMO10A; D: filme tratado com AfLPMO10A.
[043] Na Figura 4 apresenta-se as imagens obtidas por Microscopia de Força Atômica de PET de garrafas tratado com LPMOs. A, controle não tratado; B, PET tratado com KpLPMO10A; C, PET tratado com AfLPMO9A.
[044] Na Figura 5 apresenta-se os espectros obtidos pela técnica de XPS do controle (A), PET de garrafa pós-degradação enzimática por AfLPMO9A.
[045] Na figura 6 apresenta-se a predição dos possíveis produtos gerados por LPMOs a partir de PET.
[046] A presente invenção descreve um novo uso de enzimas pertencentes à família das monooxigenases líticas de polissacarídeos (Lytic Polysaccharide Monooxygenases – LPMOs).
[047] Quando empregadas de maneira isolada, isto é, sem a presença de enzimas com outras funções, as enzimas da família das LPMOs são conhecidas apenas por sua atividade de oxidação de polissacarídeos, tais como celulose, hemicelulose, amido e quitina.
[048] Os inventores da presente invenção verificaram que as LPMOs têm atividade de degradação de polietileno, o que é surpreendente à luz das atividades dessas enzimas descritas até então, demonstrando seu uso na degradação de plásticos, mais precisamente na degradação de polietileno tereftalato (PET).
[049] Igualmente surpreendente, os inventores da presente invenção demonstraram que as LPMOs da presente invenção apresentam atividade de degradação de PET de modo isolado, isto é, sem a necessidade do uso concomitante de enzimas canônicas, como cutinases ou PETases.
[050] Além disso, os inventores da presente invenção demonstraram que a associação das LPMOs da presente invenção com enzimas canônicas apresenta um efeito sinérgico surpreendente na degradação de PET.
[051] Os inventores da presente invenção também desenvolveram um método de degradação de polietileno empregando as LPMOs da presente invenção, o qual ocorre à 30-37 °C, sendo vantajoso em relação aos demais métodos de degradação enzimática de polietileno descritos no estado da técnica.
[052] As LPMOs da presente invenção compreendem uma sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com as sequências SEQ ID Nº 2 ou SEQ ID Nº 5.
[053] As LPMOs da presente invenção, compreendendo pelo menos 60 % de identidade com as sequências SEQ ID Nº 2 ou SEQ ID Nº 5, podem ser isoladas a partir de bactérias ou fungos. Dentre as LPMOs bacterianas incluem-se as de Bacillus sp., Burkholderia sp., Caldibacillus sp., Cellvibrio sp., Enterococcus sp., Hahella sp., Jonesia sp., Listeria sp., Micromonospora sp., Nocardiopsis sp., Photorhabdus sp., Serratia sp., Teredinibacter sp., Thermobifida sp. e Vibrio sp.; mais especificamente, Streptomyces sp., por exemplo, Streptomyces ambofaciens, Streptomyces coelicolor, Streptomyces griseus, Streptomyces lividans, Streptomyces pratensis, Streptomyces atroolivaceus, Streptomyces swartbergensis, Streptomyces azureus, Streptomyces afghaniensis, Streptomyces coeruleoribdus, Streptomyces pristinaespiralis, Streptomyces coelicoflavus, Streptomyces pactum, Streptomyces qaidamensis, Streptomyces olivaceus, Streptomyces africanus, Streptomyces iakyrus, Streptomyces regalis, Streptomyces luteus, Streptomyces cyaneogriseus, Streptomyces havaiiensis, Streptomyces rubrogriseus, Streptomyces marokkonensis, Streptomyces corynorhini, Streptomyces pharetrae, Streptomyces glauscescens, Streptomyces capillispiralis; mais especificamente, Kitasatospora sp., por exemplo, Kitasatospora cheerisanensis, Kitasatospora aureofaciens, Kitasatospora abu-raviensis, Kitasatospora herbaricolor, Kitasatospora misakiensis, Kitasatospora xanthocidica e Kitasatospora papulosa. As LPMOs fúngicas incluem as oriundas de Gloeophyllum sp., Heterobasidium sp., Pleurotus sp., Pestalotiopsis sp., Phanerochaete sp., Podospora sp., Lentinus sp., Miceliophythora sp., Neurospora sp., Trametes sp., Thermoascus sp., Thermothelomyces sp. e Trichoderma sp.; mais especificamente, Penicillium, por exemplo, Penicillium oxalicum, Penicillium subrubescens, Penicillium rolfsii, Penicillium brasilianum, Penicillium antarcticum, Penicillium arizonense, Penicillium steckii, Penicillium vulpinum, Penicillium expansum, Penicillium camemberti, Penicillium solitum, Penicillium coprophilum, Penicillium roqueforti, Penicillium polonicum, Penicillium freii, Penicillium rubens, Penicillium griseofulvum, Penicillium digitatum, Penicillium italicum e Penicillium nalgiovense; mais especificamente, Aspergillus sp., por exemplo, Aspergillus lentulus, Aspergillus fumigatus, Aspergillus novofumigatus, Aspergillus turcosus, Aspergillus thermomutatus, Aspergillus udagawae, Aspergillus clavatus, Aspergillus homomorphus, Aspergillus aculeatinus, Aspergillus fijiensis, Aspergillus brunneoviolaceus, Aspergillus uvacrum, Aspergillus aculeatus, Aspergillus tanneri, Aspergillus brasiliensis, Aspergillus terreus, Aspergillus tamarii, Aspergillus nidulans, Aspergillus caelatus, Aspergillus ibericus, Aspergillus piperis, Aspergillus japonicus, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Aspergillus flavus, Aspergillus kawachii, Aspergillus saccharolyticus, Aspergillus neoniger, Aspergillus glaucus, Aspergillus ruber, Aspergillus tubingensis, Aspergillus leporis, Aspergillus mulundensis e Aspergillus fischeri.
[054] As LPMOs da presente invenção são preferencialmente oriundas de bactérias do gênero Kitasatospora sp. e de fungos do gênero Aspergillus sp. Preferencialmente, as enzimas da presente invenção são oriundas da bactéria Kitasatospora papulosa, como por exemplo a enzima KpLPMO10A, e do fungo filamentoso Aspergillus fischeri, como por exemplo a enzima AfLPMO9A.
[055] A cadeia polipeptídica de KpLPMO10A consiste dos aminoácidos 39 a 224 da SEQ ID NO 2 abrangendo a histidina Nterminal (H39) típica de LPMOs e H146 e Y215 relacionados à coordenação do íon metálico, que pode ser um cobre.
[056] A cadeia polipeptídica de AfLPMO9A consiste dos aminoácidos 20-247 da SEQ ID NO 5 abrangendo a histidina Nterminal (H20) típica de LPMOs e H105 e Y194 possivelmente relacionados à coordenação do íon metálico, que pode ser um cobre.
[057] As enzimas da presente invenção podem ser obtidas por meio da transformação de vetores de expressão em células empregando-se etapas conhecidas da técnica. Por exemplo, as enzimas da presente invenção são expressas em células de Escherichia coli contendo vetores de expressão adequados cultivadas em meios e sob condições adequados e são extraídas por meio de lise empregando-se um protocolo adequado. As enzimas da presente invenção são então obtidas empregandose técnicas de separação como, por exemplo, cromatografia de afinidade, sendo o perfil de proteínas das frações obtidas avaliado em gel SDS-PAGE. Etapas adicionais para purificação das enzimas da presente invenção podem ser aplicadas empregando-se técnicas adequadas, como cromatografia de gel filtração utilizando coluna adequada.
[058] Em uma modalidade, a presente invenção fornece uma composição enzimática para uso na degradação de poliéster que compreende pelo menos uma monooxigenase lítica de polissacarídeos da presente invenção (SEQ ID Nº 2 ou SEQ ID Nº 5) (LPMO), e um veículo aceitável.
[059] Entende-se por veículo aceitável, dentro do escopo da presente invenção, um veículo aquoso que mantém as enzimas da presente invenção em suspensão ou solução quando em concentração adequadas, podendo conter, além de água, outros aditivos, como conservantes, agentes ou sistemas tamponantes etc.
[060] As LPMOs da presente invenção estão presentes em concentração entre aproximadamente 0,001 % e aproximadamente 0,1 % em peso total da composição da presente invenção, preferencialmente entre aproximadamente 0,002 % e aproximadamente 0,005 % em peso total da composição.
[061] As composições da presente invenção contêm pelo menos uma LPMO da presente invenção, podendo conter uma enzima isolada ou uma associação de enzimas dentro do contexto da invenção.
[062] Em uma modalidade específica, a composição da presente invenção compreende, adicionalmente, uma cutinase, mais especificamente uma PETase.
[063] Cutinases são enzimas relacionadas à degradação do poliéster alifático cutina, encontrado na cutícula vegetal. Todas as PET hidrolases (PETases)caracterizadas até então pertencem à família das cutinases. PETases apresentam um centro catalítico mais amplo quando comparado com cutinases, provavelmente relacionado à acomodação de poliésteres cristalinos semi-aromáticos. Poliesterases atuam preferencialmente em regiões amorfas do PET, ao contrário de LPMOs que atuam preferencialmente em regiões cristalinas nos substratos poliméricos onde sua atividade foi anteriormente relatada. Por isso, a atuação conjunta LPMO-PETase pode ser vantajosa assim como relatado para LPMOs-GHs.
[064] Dentre os poliésteres e poliamidas reconhecidos pelas cutinases, incluem-se o poli(L-ácido lático) (PLA), polietileno furanoato (PEF), polibutileno adipato-co-tereftalato (PBAT), policaprolactona (PCL), polibutileno succinato (PBS), poliamida 6,6 e polietileno tereftalato (PET).
[065] Cutinases com atividade de PET hidrolase (PETase) a serem empregadas na composição da presente invenção podem ser de origem fúngica ou bacteriana. As de origem fúngica contemplam as oriundas de Humicola sp., Fusarium sp., Aspergillus sp. e Penicillium sp. As bacterianas contemplam as oriundas de Acidovorax sp., Rhizobacter sp., Pseudomonas sp., Streptomyces sp., Thermobifida sp., Saccharomonospora sp., Clostridium e Ideonela sp., especificamente, Ideonela sakaiensis.
[066] A concentração de PETase na composição da presente invenção varia entre aproximadamente 0,0005 % e aproximadamente 0,05 % em peso total da composição, preferencialmente entre aproximadamente 0,001 e aproximadamente 0,0025 % em peso total da composição.
[067] Em uma segunda modalidade, a presente invenção fornece o uso da composição enzimática da presente invenção na degradação de polímeros plásticos, mais especificamente, polietileno.
[068] De acordo com a presente invenção, os resíduos plásticos utilizados como substrato para degradação enzimática podem ser selecionados a partir de PEAD, PVC, PEBD, PP, PS, PC, PU, ABS, PE e PET, preferencialmente PU, ABS, PE e PET, mais preferencialmente ABS, PE e PET, ainda mais preferencialmente PE e PET e, ainda mais preferencialmente PET.
[069] Dentre os resíduos que podem ser denominados PET, incluem-se garrafas de líquidos, embalagens de alimentos, filmes para janelas, filmes de Raio-X, fibras de tecidos e quaisquer outros materiais majoritariamente constituídos de PET, sem limitações.
[070] Em uma terceira modalidade, a presente invenção fornece um método de degradação de PET que compreende o uso de pelo menos uma monooxigenase lítica de polissacarídeos da presente invenção.
[071] Surpreendentemente, os inventores da presente invenção identificaram que LPMOs podem ser empregadas isoladamente para a desconstrução do PET
[072] O método de degradação de PET da presente invenção compreende adicionar pelo menos uma LPMO da presente invenção em meio aquoso que contém substrato.
[073] A concentração da LPMO a ser empregada depende da origem e condições de pH e temperatura da reação, sendo inicialmente padronizada de acordo com métodos que são familiares ao técnico no assunto.
[074] A concentração de LPMO nas reações da presente invenção encontra-se entre 0,01-50 miligramas de LPMO por grama de PET, preferencialmente 1-30 miligramas de LPMO por grama de PET, preferencialmente 2-20 miligramas de LPMO por grama de PET.
[075] A concentração de substrato na forma de PET no processo da presente invenção varia entre 10-80% da reação, preferencialmente 20-70% da reação, preferencialmente 40-60% da reação, preferencialmente 30-50% da reação.
[076] Em uma modalidade preferencial, o meio aquoso compreende, adicionalmente, uma solução tamponante.
[077] A concentração da solução tamponante encontra-se entre 0,01-0,5M, preferencialmente 0,03-0,25M, preferencialmente 0,05-0,1M.
[078] Em uma modalidade preferencial, o método de degradação de PET da presente invenção compreende uma etapa adicional, onde é adicionada uma substância doadora de elétrons para LPMO.
[079] De acordo com a presente invenção, a molécula doadora de elétrons para LPMO pode ser selecionada a partir de ácido ascórbico e suas misturas.
[080] A concentração da molécula doadora de elétrons para LPMO varia entre 0,3mM-2mM, preferencialmente 0,8-1,5mM, preferencialmente 0,5-1mM.
[081] O tempo de reação da presente invenção é usualmente entre 5 minutos-48 horas, preferencialmente 10 minutos – 48 horas, mais preferencialmente 30 minutos-48 horas e, ainda mais preferencialmente, 60 minutos-48 horas.
[082] O pH da reação é selecionado de acordo com a origem da LPMO empregada e é padronizado previamente, podendo ser entre pH 4.0-9.0, preferencialmente entre pH 5.0-8.0 e, mais preferencialmente, entre pH 5.5-7.5.
[083] A temperatura da reação é selecionada de acordo com a origem da LPMO empregada e é padronizada previamente. A reação é conduzida em temperaturas entre 20-60°C, preferencialmente 25-55°C, preferencialmente 30-50°C Em uma modalidade específica, a temperatura empregada no método da presente invenção está abaixo de 40 °C, preferencialmente 37 ºC.
[084] Em uma modalidade específica, o método da presente invenção compreende empregar, adicionalmente, uma cutinase.
[085] A concentração da PETase a ser empregada depende das condições da reação, sendo inicialmente padronizada. A concentração de PETase nas reações da presente invenção pode ser entre 0.005-25 miligramas de PETase por grama de PET, preferencialmente 0,5-15 miligramas de PETase por grama de PET, preferencialmente 1-10 miligramas de PETase por grama de PET.
[086] No contexto da invenção, trata-se de uma composição de enzimas compreendendo uma monooxigenase lítica de polissacarídeos (LPMO), com reconhecida capacidade de oxidar a porção cristalina da estrutura de glucanos favorecendo a ação de (hemi)celulases sobre os substratos de lignocelulose, e/ou mistura com a hidrolase (PETase) para a potencial degradação de polímeros plásticos no setor de despolimerização/reciclagem.
[087] Os exemplos a seguir ilustram as formas de execução preferenciais da presente invenção. Eles não limitam, portanto, o escopo de proteção da invenção, o qual é exclusivamente definido pelas reivindicações que acompanham esta descrição.
[088] ETAPA 1: A bactéria K. papulosa (DSM4643) teve o DNA genômico extraído e utilizado para amplificação do gene de interesse KpLPMO10A (SEQ ID N° 1, nucleotídeo 115-672), que codifica a enzima AA10 KpLPMO10A, com os primers KpF e KpR (Tabela 1). O produto da amplificação foi empregado para nova reação de PCR com os primers KpFpET22b e KpRpET22b (Tabela 1) para a adição de caudas de homologia ao vetor pET22b. O gene foi clonado no vetor pET22b(+) imediatamente após a sequência que codifica o peptídeo sinal pelB.
[089] ETAPA 2:O gene AfLPMO9A (SEQ ID N° 3, nucleotídeo 58- 741), que codifica a enzima AA9 AfLPMO9A, foi adicionado de sequência que codifica pelB (SEQ ID N° 4, nucleotídeo 1-66) e teve os códons otimizados para expressão em Escherichia coli. pelB + AfLPMO9A foi sintetizado e clonado nos sítios de restrição para as enzimas NdeI e XhoI no vetor pET21a(+) por Genscript (Piscataway).
[090] ETAPA 3: O gene IsPETase (GenBank: BBYR01000074.1), que codifica a enzima PETase em Ideonella sakaiensis, teve os códons otimizados para expressão em E. coli. IsPETase foi sintetizado e clonado nos sítios de restrição para as enzimas NdeI e XhoI no vetor pET21b(+) por Genscript (Piscataway).
[091] ETAPA 4: Os vetores pET22b(+)-KpLPMO10A e pET21a(+)- AfLPMO9A foram transformados (separadamente) em células de Escherichia coli Shuffle®. As células foram cultivadas em meio TB e adicionadas de IPTG para propiciar a expressão das proteínas KpLPMO10A (SEQ ID N° 2, aminoácido 39-224) ou AfLPMO9A (SEQ ID N° 2, aminoácido 20-247) durante 16 h a 18°C/250 rpm. As células foram centrifugadas e lisadas pelo protocolo de choque osmótico. Os sobrenadantes obtidos a partir da lise foram carregados em coluna de afinidade His-Trap 5mL (GE) para cromatografia. O perfil de proteínas das frações obtidas por cromatografia de afinidade foi avaliado em gel SDS-PAGE. As frações que continham proteínas com o tamanho esperado foram misturadas, concentradas e utilizadas para cromatografia de gel filtração utilizando coluna HiLoad Superdex G-75 16/60. As frações que continham proteínas puras do tamanho esperado (avaliadas por SDS-PAGE) foram misturadas, concentradas e avaliadas quanto à concentração (mg de proteína/mL). KpLPMO10A ou AfLPMO9A foram tratadas com sulfato de cobre (CuSO4) durante 16 horas a 4 °C. O excesso de metal foi retirado em coluna Sephadex G-25 PD-10. KpLPMO10A ou AfLPMO9A foram concentradas, quantificadas (mg de proteína/mL) e empregadas em experimentos posteriores.
Exemplo 2: Preparo da construção de vetor de expressão para PET hidrolase da presente invenção
ETAPA 1: O vetor pET21b(+)-IsPETase foi transformado em células de Escherichia coli BL21(DE3). As células foram cultivadas em meio LB e adicionadas de IPTG para propiciar a expressão de IsPETase durante 16 h a 18 °C/250 rpm. As células foram centrifugadas e lisadas com auxílio de lisozima e sonicador. Os sobrenadantes obtidos a partir da lise foram carregados em coluna de afinidade His-Trap 5mL (GE) para cromatografia. O perfil de proteínas das frações obtidas por cromatografia de afinidade foi avaliado em gel SDS-PAGE. As frações que continham proteínas com o tamanho esperado foram misturadas, concentradas e utilizadas para cromatografia de gel filtração utilizando coluna HiLoad Superdex G-75 16/60. As frações que continham proteínas puras do tamanho esperado (avaliadas por SDS-PAGE) foram misturadas, concentradas e avaliadas quanto à concentração (mg de proteína/mL) e empregadas em experimentos posteriores.
Exemplo 2: Preparo da construção de vetor de expressão para PET hidrolase da presente invenção
ETAPA 1: O vetor pET21b(+)-IsPETase foi transformado em células de Escherichia coli BL21(DE3). As células foram cultivadas em meio LB e adicionadas de IPTG para propiciar a expressão de IsPETase durante 16 h a 18 °C/250 rpm. As células foram centrifugadas e lisadas com auxílio de lisozima e sonicador. Os sobrenadantes obtidos a partir da lise foram carregados em coluna de afinidade His-Trap 5mL (GE) para cromatografia. O perfil de proteínas das frações obtidas por cromatografia de afinidade foi avaliado em gel SDS-PAGE. As frações que continham proteínas com o tamanho esperado foram misturadas, concentradas e utilizadas para cromatografia de gel filtração utilizando coluna HiLoad Superdex G-75 16/60. As frações que continham proteínas puras do tamanho esperado (avaliadas por SDS-PAGE) foram misturadas, concentradas e avaliadas quanto à concentração (mg de proteína/mL) e empregadas em experimentos posteriores.
[092] ETAPA 1: PET, Mylar e de garrafa, foram cortados em dimensões de 0,6 cm x 0,4 cm com o auxílio de uma tesoura. Posteriormente foram lavados com 1 mL de água Milli-Q com o auxílio de uma pipeta e submetidos a ultrassom durante 5 minutos. Esse procedimento foi realizado 3 vezes. Os plásticos foram secos em corrente de N2 durante 10-15 minutos e armazenados para posterior uso.
[093] ETAPA 1: Ensaios que auxiliam a detecção direta de produtos liberados por LPMOs a partir de polímeros plásticos não se encontram disponíveis. As condições de reação adotadas inicialmente são as mesmas empregadas para substratos (hemi)celulósicos. As reações enzimáticas foram realizadas em tubos Eppendorf de 2 mL contendo PET (Mylar ou PET de garrafa), tampão fosfato de sódio 0,05 M, pH 6,0, 20 mg de KpLPMO10A ou AfLPMO9A por grama de PET. Após 10 minutos a 37 °C, as reações foram adicionadas de ácido ascórbico 1 mM e incubadas a 37 °C, 850 rpm durante 48 horas.
[094] O PET oriundo do tratamento enzimático foi enxaguado com 0,5 mL de água Milli-Q com o auxílio de uma pipeta e submetidos a ultrassom durante 5 minutos. Esse procedimento foi realizado 3 vezes. A fração líquida das reações foi submetida à fervura a 99 °C durante 10 minutos e o material foi guardado para análises posteriores.
[095] O PET oriundo do tratamento enzimático foi submetido a análises por microscopia de força atômica utilizando o modelo Multimode8 e a controladora NanoScope V (Bruker, Alemanha) operando no modo PeakForce tapping com sondas modelo ScanAsyst-air (Bruker, Alemanha) de nitreto de silício com uma força nominal de 0.4 Nm-1. As imagens obtidas (3x3 μm) foram tratadas no software Gwyddion.
[096] Os espectros XPS foram obtidos com um espectrômetro VSW HA100 (Reino Unido) operado no modo energia de passagem constante, fixada em 44eV. Como excitação foi usada radiação de um anodo de Alumínio que produz fótons com 1486.6eV de energia. Os espectros de alta resolução foram coletados com passo próximo a 0.1 eV e tempo de acumulação suficiente para ter uma boa relação sinal/ruído. A pressão na câmara de análise foi mantida abaixo de 6x10-8 mBar durante a análise.
[097] As amostras foram fixas a um porta amostras de aço inoxidável com fita dupla face de carbono e introduzidas na câmara de análise.
[098] O carregamento elétrico das amostras foi corrigido utilizando o valor do anel benzênico em 284.7 eV. A deconvolução foi feita utilizando Gaussianas. As imagens foram obtidas no software Origin.
[099] Os genes que codificam as proteínas KpLPMO10A (AA10) (SEQ ID Nº 1) e AfLPMO9A (AA9) (SEQ ID Nº 2) foram isolados a partir da bactéria Kitasatospora papulosa e do fungo filamentoso Aspergillus fischeri, respectivamente.
[100] Kitasatospora e Streptomyces apresentam morfologias similares, mas diferem quanto à composição da parede celular, caracterizando Kitasatospora como um grupo distinto entre Streptomyces. Proteínas de Kitasatospora podem ser caracterizadas como pertencentes a Streptomyces sp. tendo em vista a alta identidade de sequências de aminoácidos entre os dois gêneros.
[101] KpLPMO10A, AfLPMO9A (SEQ ID Nº 1 A 5) e IsPETase foram expressas por células de E. coli transformadas com os vetores pET22b(+)-KpLPMO10A, pET21a(+)-AfLPMO9A (Figura 1) e pET21a(+)-IsPETase, respectivamente e purificadas por dois passos cromatográficos (Figura 2).
[102] A atividade de KpLPMO10A e AfLPMO9A sobre filme de PET (Mylar) foi avaliada por microscopia de força atômica. Por meio da técnica de microscopia de força atômica, a topografia de uma amostra é obtida após varredura da sua superfície com uma sonda, sendo qualquer alteração superficial detectada. Reações conduzidas com KpLPMO10A (Figura 3B) e AfLPMO9A (Figura 3C) levaram a alterações (erosões) na superfície do filme de PET quando comparado com a reação controle conduzida na ausência da enzima (Figura 3A). O efeito foi mais pronunciado quando AfLPMO9A foi empregada na reação (Figura 3C).
[103] Da mesma forma que para o filme de PET (Mylar), a atividade de KpLPMO10A e AfLPMO9A foi avaliada empregandose PET de garrafas como substrato. Em comparação ao controle (Figura 4A), reação conduzida na ausência de enzimas, KpLPMO10A (Figura 4B) e AfLPMO9A (Figura 4C) alteraram a superfície do PET de garrafas, sendo também o efeito (de erosão ou “descascamento” do PET) de AfLPMO9A mais pronunciado quando comparado a KpLPMO10A. A mesma concentração de enzima foi adotada para KpLPMO10A e AfLPMO9A em ambos os experimentos.
[104] Tendo em vista as alterações notadas na superfície do PET principalmente em reações contendo AfLPMO9A, a enzima foi selecionada para os experimentos posteriores. O PET de garrafa residual obtido após tratamento com AfLPMO9A foi submetido à análise de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raio-X (X-ray photoelectron spectroscopy ou XPS). Os espectros obtidos por XPS são uma poderosa ferramenta para avaliar alterações químicas contidas na superfície de materiais, nesse caso, PET.
[105] A intensidade dos picos relacionados a C1 para variados estados químicos encontrados na superfície do PET são mostrados na Figura 5A (Controle, PET não tratado com AfLPMO9A) e Figura 5B (PET tratado com AfLPMO9A) e Tabela 2. A deconvolução dos espectros da amostra controle e tratada com AfLPMO9A resultou em três picos, principalmente nas regiões (eV): 284,7, ligações contidas nos anéis benzênicos (carbonos aromáticos); 286,2, carbono metilênico e 288,6, carboxila éster, consistentes com outros estudos desenvolvidos acerca da superfície do PET. O tratamento da amostra com AfLPMO9A levou a uma queda da intensidade do pico correspondente a 284,7 eV e ao surgimento do pico em 287,5 eV, o que corresponde à formação de ligações duplas entre átomos de carbono e oxigênio (C=O) na superfície do PET (Tabela 2).
[106] LPMOs introduzem um átomo de oxigênio no carbono 1 (C1) ou carbono 4 (C4) da molécula de glicose quando a celulose é empregada como substrato resultando na liberação de ácido aldônico e cetoaldose, respectivamente. Ainda, algumas LPMOs demonstraram ser capazes de liberar uma mistura de produtos oxidados tanto em C1 quanto em C4 a partir do mesmo substrato.
[107] Tendo como base os produtos liberados por LPMOs a partir de celulose, a Figura 6 ressalta os possíveis produtos liberados a partir do polímero de PET por LPMOs.
Claims (31)
- Composição enzimática para uso na degradação de poliéster, caraterizada por compreender
- a. Pelo menos uma monooxigenase lítica de polissacarídeos selecionada a partir de uma enzima que compreende a sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 2, uma enzima que compreende a sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 5, ou uma mistura dessas; e
- b. um veículo aceitável.
- Composição enzimática, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a enzima que compreende a sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 2 está presente em uma concentração entre aproximadamente 0,001 % e aproximadamente 0,100 % em peso total da composição, preferencialmente entre aproximadamente 0,002 % e aproximadamente 0,005 % em peso total da composição.
- Composição enzimática, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a enzima que compreende a sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 2 é a KpLPMOA10 (AA10) isolada de Kitasatospora papulosa.
- Composição enzimática, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a enzima que compreende a sequência de aminoácidos SEQ ID Nº 5 está presente em uma concentração entre aproximadamente 0,001 % e aproximadamente 0,100 % em peso total da composição, preferencialmente entre aproximadamente 0,002 % e aproximadamente 0,005 % em peso total da composição.
- Composição enzimática, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que enzima que compreende uma sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 5 é a AfLPMOA9 (AA9) isolada de Aspergillus fischeri.
- Composição enzimática, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por compreender, adicionalmente, pelo menos uma cutinase.
- Composição enzimática, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a cutinase é uma PETase.
- Composição enzimática, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de a PETase estar em uma concentração entre aproximadamente 0,0005 % e aproximadamente 0,0500 % em peso total da composição, preferencialmente entre aproximadamente 0,0010 % e aproximadamente 0,0025 % em peso total da composição.
- Composição enzimática, caracterizada por compreender:
- a. Aproximadamente 0,003 % de KpLPMOA10;
- b. Aproximadamente 0,003 % AfLPMOA9; e
- c. Um veículo aceitável
- Composição enzimática, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por compreender, adicionalmente, 0,002 % de uma PETase.
- Uso da composição enzimática tal qual definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por ser na degradação de polietileno tereftalato (PET).
- Uso, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o PET é selecionado a partir de garrafas de líquidos, embalagens de alimentos, filmes para janelas, filmes de Raio-X, fibras de tecidos, uma mistura destes e quaisquer outros materiais majoritariamente constituídos de PET, sem limitações.
- Método de degradação de PET, caracterizado por empregar pelo menos uma monooxigenase lítica de polissacarídeos selecionada a partir de uma enzima que compreende uma sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 2, uma enzima que compreende uma sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 5, ou uma mistura dessas.
- Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por ser conduzido em meio aquoso, em que o meio aquoso compreende um tampão.
- Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender a adição de pelo menos uma substância doadora de elétrons, em que a substância doadora de elétrons é ácido ascórbico.
- Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que enzima que compreende uma sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 2 é KpLPMOA10 (AA10) isolada de Kitasatospora papulosa.
- Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que KpLPMOA10 (AA10) é empregada em uma quantidade variando de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 50,00 miligramas de enzima por grama de PET, preferencialmente em uma quantidade variando de aproximadamente 2,0 a aproximadamente 20,0 miligramas de enzima por grama de PET.
- Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a enzima que compreende uma sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 5 é AfLPMOA9 (AA9) isolada de Aspergillus fischeri
- Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que AfLPMOA10 (AA10) é empregada em uma quantidade variando de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 50,00 miligramas de enzima por grama de PET, preferencialmente em uma quantidade variando de aproximadamente 2,0 a aproximadamente 20,0 miligramas de enzima por grama de PET.
- Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 19, caracterizado por empregar, adicionalmente, pelo menos uma cutinase, em que a cutinase é uma PETase.
- Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a PETase é empregada em uma quantidade variando de aproximadamente 0,005 a aproximadamente 25,00 miligramas de PETase por grama de PET, preferencialmente aproximadamente 1,0 a aproximadamente 10,0 miligramas de PETase por grama de PET.
- Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 21, caracterizado por ser conduzido em valores de pH variando de aproximadamente 4,0 a aproximadamente 9,0, preferencialmente variando de aproximadamente 5,5 a aproximadamente 7,5.
- Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 21, caracterizado por ser conduzido em uma temperatura variando de aproximadamente 20 ºC a aproximadamente 60 º C, preferencialmente 30 ºC a aproximadamente 40 º C.
- Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 21, caracterizado por ser conduzido em um período variando de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 48 horas, preferencialmente em um período variando de aproximadamente 60 minutos a aproximadamente 48 horas.
- Uso de pelo menos uma monooxigenase lítica de polissacarídeos caracterizada por ser na degradação enzimática de poliéster, em que a dita monooxigenase lítica de polissacarídeos degrada o dito poliéster sem o auxílio de uma ou mais enzimas canônicas, em que as enzimas canônicas são uma PETase ou uma mistura de PETases.
- Uso, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a monooxigenase lítica de polissacarídeos compreende uma sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 22.
- Uso, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a monooxigenase lítica de polissacarídeos que compreende uma sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 2 é oriunda de Kitasatospora papulosa.
- Uso, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a monooxigenase lítica de polissacarídeos compreende uma sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 5.
- Uso, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a monooxigenase lítica de polissacarídeos que compreende uma sequência de aminoácidos que apresenta pelo menos 60 % de identidade com a SEQ ID Nº 5 é oriunda de Aspergillus fischeri.
- Uso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 29, caracterizado pelo fato de que o poliéster compreende polietileno tereftalato (PET).
- Uso, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o PET é selecionado a parir de garrafas de líquidos, embalagens de alimentos, filmes para janelas, filmes de Raio-X, fibras de tecidos, uma mistura destes e quaisquer outros materiais majoritariamente constituídos de PET, sem limitações.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BR102020009936-1A BR102020009936A2 (pt) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Uso de monooxigenases líticas de polissacarídeos, composição enzimática contendo-as e método de degradação de polímeros plásticos |
PCT/BR2021/050203 WO2021232124A1 (pt) | 2020-05-18 | 2021-05-17 | Uso de monooxigenases líticas de polissacarídeos, composição enzimática contendo-as e método de degradação de polímeros plásticos |
EP21807602.4A EP4155394A1 (en) | 2020-05-18 | 2021-05-17 | Use of lytic polysaccharide monooxygenases, enzymatic composition containing same, and degradation method for plastic polymers |
US17/926,513 US20230193218A1 (en) | 2020-05-18 | 2021-05-17 | Use of lytic polysaccharide monooxygenases, enzymatic composition containing same, and degradation method for plastic polymers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BR102020009936-1A BR102020009936A2 (pt) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Uso de monooxigenases líticas de polissacarídeos, composição enzimática contendo-as e método de degradação de polímeros plásticos |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BR102020009936A2 true BR102020009936A2 (pt) | 2021-11-30 |
Family
ID=90790458
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BR102020009936-1A BR102020009936A2 (pt) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Uso de monooxigenases líticas de polissacarídeos, composição enzimática contendo-as e método de degradação de polímeros plásticos |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
BR (1) | BR102020009936A2 (pt) |
-
2020
- 2020-05-18 BR BR102020009936-1A patent/BR102020009936A2/pt not_active Application Discontinuation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mohanan et al. | Microbial and enzymatic degradation of synthetic plastics | |
Miri et al. | Biodegradation of microplastics: Better late than never | |
Maurya et al. | Enzymatic remediation of polyethylene terephthalate (PET)–based polymers for effective management of plastic wastes: an overview | |
Liu et al. | On the degradation of (micro) plastics: Degradation methods, influencing factors, environmental impacts | |
Srikanth et al. | Biodegradation of plastic polymers by fungi: a brief review | |
Pathak | Review on the current status of polymer degradation: a microbial approach | |
Chow et al. | Microbial enzymes will offer limited solutions to the global plastic pollution crisis | |
US20230167469A1 (en) | Enzymatic degradation of plastic polyalkene polymers by katg enzyme | |
Pirillo et al. | Analytical methods for the investigation of enzyme‐catalyzed degradation of polyethylene terephthalate | |
US20160280881A1 (en) | A method for degrading a plastic | |
de Queiros Eugenio et al. | Experimental and mathematical modeling approaches for biocatalytic post-consumer poly (ethylene terephthalate) hydrolysis | |
Giraldo‐Narcizo et al. | Accelerated Polyethylene Terephthalate (PET) Enzymatic Degradation by Room Temperature Alkali Pre‐treatment for Reduced Polymer Crystallinity | |
He et al. | Current advances, challenges and strategies for enhancing the biodegradation of plastic waste | |
Chigwada et al. | The plastic and microplastic waste menace and bacterial biodegradation for sustainable environmental clean-up a review | |
BR102020009936A2 (pt) | Uso de monooxigenases líticas de polissacarídeos, composição enzimática contendo-as e método de degradação de polímeros plásticos | |
Carr et al. | Purification and biochemical characterization of SM14est, a PET-hydrolyzing enzyme from the marine sponge-derived Streptomyces sp. SM14 | |
BR102021009404A2 (pt) | Uso de monooxigenases líticas de polissacarídeos, composição enzimática contendo-as e método de degradação de polímeros plásticos | |
US20230193218A1 (en) | Use of lytic polysaccharide monooxygenases, enzymatic composition containing same, and degradation method for plastic polymers | |
Zhang et al. | Assembly strategies for polyethylene-degrading microbial consortia based on the combination of omics tools and the “Plastisphere” | |
Gomes et al. | Lessons from biomass valorization for improving plastic-recycling enzymes | |
Rao et al. | Review on Plastic Waste Disposal and Role of Microorganisms in Bioremediation of Plastics | |
PĂCEŞILĂ | Extracellular enzymatic activities in the aquatic ecosystems of the Danube Delta. 1. β-Glucosidase activity | |
Ambika et al. | Microbial Degradation of E-plastics in Diverse Ecosystems | |
Cao et al. | Bioengineering Comamonas testosteroni CNB-1: a robust whole-cell biocatalyst for efficient PET microplastic degradation | |
Zheng et al. | Deep eutectic solvent as an additive to improve enzymatic hydrolysis of polyethylene terephthalate (PET) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
B11K | Dismissal acc. art. 17, par 2 of ipl - pending earlier application (priority claim) definitively shelved |
Free format text: PRIORIDADE INTERNA NO 102021009404-4 |