ENTREVISTA - Ficha Técnica: Marcelo Nolasco - Formação: Biólogo (UFSCar), Mestre em Bioengenharia (USP) e Doutor em Engenharia Ambiental (USP). Cargo Atual: Professor Doutor do Curso de Gestão Ambiental da Escola de Artes, Ciências e Humanidades – EACH da USP e coordenador de pesquisa na área de recursos hídricos e saneamento ambiental.

CIB - Todo mundo sabe que a água potável está cada vez mais escassa no planeta. Como a biotecnologia pode ajudar nisso?

Marcelo - Esse é um sério problema, pois água é elemento vital para qualquer atividade biológica. A água está realmente se tornando mais escassa em termos quantitativos em algumas regiões do mundo e abundante em outras em que outrora já foi escassa. Mas a preocupação se deve também à escassez de água no tocante ao aspecto qualitativo, pois águas de baixa qualidade comprometem diversos usos, inclusive para a produção de alimentos e para o abastecimento humano.

A biotecnologia tem um papel importante em relação à disponibilidade hídrica, tanto no aspecto quantitativo como no qualitativo da água. O primeiro diz respeito às águas destinadas à agricultura. Já é amplamente divulgado que o setor agrícola em termos mundiais consome cerca de 70% de toda a água utilizada no planeta. Com efeito, a aplicação da biotecnologia pode contribuir de forma relevante, por exemplo, na obtenção de espécies vegetais que fazem uso mais eficiente da água e que são provenientes de melhoramento genético. Desta forma, grande parte das águas atualmente utilizadas na irrigação de pastagens para alimentação animal, produção de fibras e grãos para alimentação humana e biomassa (por exemplo, a cana) para geração de bioetanol, poderiam ser destinadas ao abastecimento humano.

Quanto ao aspecto qualitativo, a biotecnologia tem prestado um serviço extremamente importante, pois os tratamentos dos esgotos municipais e industriais são realizados por bioprocessos (processos biológicos), que é o que conhecemos como biotecnologia ambiental. Os microrganismos, principalmente bactérias heterotróficas e alguns fungos, utilizam a matéria orgânica como fonte de alimento, retirando da água poluída (que seria despejada nos cursos de água) os produtos para a sua manutenção e crescimento (metabolismo). Esse tratamento biológico proporciona a devolução ao ambiente de águas com boa qualidade, de forma a não causarem impactos negativos nos ecossistemas aquáticos, e que haviam sido previamente poluídas, após serem utilizadas em residências, comércios ou indústrias.

CIB - É possível mesmo usar microrganismos para limpar água poluída? Que tipo de poluentes eles podem “retirar” da água?

Marcelo - Sim, é perfeitamente possível. As águas doces superficiais (rios e lagos) e subterrâneas (lençóis freáticos e aqüíferos) apresentam diversos elementos químicos que, em função de suas concentrações, são destinadas aos diferentes usos possíveis – irrigação, industriais, abastecimento humano, entre outros. Uma água, portanto, pode servir para modalidades de usos menos nobres (irrigação e industrial) mas, em função da presença e de concentrações de determinados elementos químicos, pode não atender, por exemplo, aos critérios de qualidade de águas para usos como o abastecimento humano. Grande parte dos poluentes que chega aos nossos rios é proveniente de despejos de esgotos urbanos e indústrias e, no ambiente rural, decorrente de atividades agrícolas.

Portanto, a variedade de espécies poluentes que atingem nossos rios é enorme e o papel dos microrganismos na “retirada” dos contaminantes é imenso: por exemplo, no esgoto municipal, grande parte da sua composição tem origem na excreta humana, formada principalmente por matéria orgânica, especialmente por lipídeos, carboidratos e proteínas. Graças ao papel dos microrganismos presentes nos rios (principalmente bactérias aeróbias e anaeróbias), essa matéria orgânica é usada como fonte de alimento e transformada em elementos mais simples, como água, gases e sais minerais.

Caso não houvesse a presença dos microorganismos nos ecossistemas aquáticos, todos os despejos que foram lançados nas águas desde milhares de anos atrás, ainda se encontrariam acumulados nos leitos dos rios. Situação diferente ocorre com outra categoria de poluentes, como alguns pesticidas utilizados em larga escala na agricultura, ou ainda os derivados de petróleo (hidrocarbonetos). Esses são mais difíceis de serem removidos da água pelos microrganismos, pois suas estruturas complexas dificultam a ação dos microrganismos para que sejam consumidos como alimentos (substratos). Portanto, a degradação destes compostos é muito lenta no ambiente, causando o acúmulo dos mesmos e o aumento da contaminação dos cursos de água.

CIB - E em relação ao solo? É possível recuperar solos poluídos com uso de microrganismos? Eles podem mesmo “limpar” nosso planeta?

Marcelo - A atuação dos microrganismos sobre alguns compostos pode ser rápida se as condições ambientais e fisico-químicas presentes forem favoráveis, tais como pH, umidade, temperatura e nutrientes. Os materiais ou rejeitos depositados no solo, assim como na água, apresentam ampla variedade. Os elementos biodegradáveis se decompõem rapidamente e enriquecem o solo com carbono, nitrogênio e fósforo, aumentando a fertilidade desses solos, a partir da ciclagem dos nutrientes. Por esse mesmo motivo, civilizações antigas já utilizavam excrementos de animais e humanos para adubarem o solo. Essa prática é ainda muito empregada no mundo, com a diferença de que hoje é realizada a partir de critérios técnico-científicos, desenvolvidos nas últimas décadas.

Nos dias atuais há uma forte preocupação em “limpar” (remediar) os solos contaminados por rejeitos industriais e urbanos, lixões, descarte de embalagens de agrotóxicos, dentre outras. Uma das características desses rejeitos é sua toxicidade elevada e baixa biodegradabilidade. Nestas condições, há forte risco de contaminação de pessoas, alimentos, animais, águas superficiais e subterrâneas, pois esses compostos podem ficar disponíveis no ambiente por muitos anos. Interessante notar que mesmo nesses solos poluídos, alguns grupos de microrganismos muito lentamente conseguem utilizar essas substâncias como fonte de alimento (substrato), para a obtenção de energia. Diversos estudos têm mostrado que esses microrganismos podem, em laboratório, “aprender” a utilizar essas substâncias como principal fonte de alimento. Algumas cepas de microrganismos podem, por exemplo, tornarem-se especialistas em degradar os compostos de baixa biodegradabilidade (ou persistentes), de tal forma que quando as cepas (linhagens) de microrganismos são colocadas em contato com o solo contaminado, as moléculas persistentes serão metabolizadas (consumidas) pelos microrganismos. Esse processo causa um impacto positivo no ambiente, “limpando” do solo os contaminantes. Os produtos dessas reações são, em geral, produtos de menor periculosidade e elementos simples, como gases, água e sais minerais. Essa técnica de descontaminação de solos é também conhecida por biorremediação.

CIB - Quais as novas tecnologias para tratar os diversos tipos de resíduos?

Marcelo - O avanço do conhecimento na área de biotecnologia caminha com muita rapidez. Novos equipamentos de laboratórios e técnicas de manipulação têm se desenvolvido, criando uma instrumentação sofisticada que permite ousar por áreas até pouco tempo desconhecidas. Por exemplo, a produção de novas linhagens de microrganismos capazes de metabolizar compostos considerados como não-biodegradáveis, decorrentes da disposição inadequada ou acidental de resíduos nos rios, lagos e oceanos. Os resultados mais promissores estão na associação de conhecimentos gerados nas diversas áreas do saber aplicadas para um mesmo objetivo, como ocorre com a biologia molecular associada à nanotecnologia e a microeletrônica no aperfeiçoamento dos bioprocessos.

Desta forma, é possível a construção de biorreatores eficientes no tratamento de micropoluentes orgânicos persistentes, cujos tratamentos em unidades convencionais apresentam baixa eficiência. Algumas das tecnologias empregadas para o tratamento de resíduos na água consistem na utilização de biotecnologia ambiental em conjunto com nanomembranas capazes de realizar uma ultrafiltração, também denominadas reatores biológicos de membranas. Os resultados deste tipo de tratamento têm sido muito bons, todavia, os custos ainda são considerados proibitivos para os países em desenvolvimento.

CIB - E o lixo? É possível usar lixo como “alimento” de microrganismos fermentativos?

Marcelo - O termo lixo é uma definição muito vaga. Ou seja, aquele utensílio que hoje não tem mais serventia para nós, como embalagens de papelão, plástico, vidro ou alumínio (que depositamos na rua diariamente para serem retiradas pelos caminhões a serviço da prefeitura) pode ser, por outro lado, o único meio de vida dos catadores de lixo. Sob a ótica deles, aquele material não é lixo e, sim, um valioso recurso.

O lixo hospitalar e o industrial apresentam características próprias, que requerem cuidados adicionais para a coleta e disposição. No entanto, o resíduo ou lixo domiciliar é formado basicamente por material orgânico, decorrente de restos de alimentos. Este material é um substrato rico para os microrganismos, em especial para as bactérias, que fazem a decomposição do mesmo. Portanto, a parcela do lixo composta por matéria orgânica pode ser digerida por processo fermentativo, ou seja, anaerobiamente (na ausência do oxigênio) e produzir o gás metano, que é um gás combustível que pode ser empregado como importante fonte alternativa de energia. Os aterros sanitários são hoje projetados para que haja o máximo aproveitamento energético do gás metano. Esse gás, quando não queimado e, portanto, liberado na atmosfera, tem forte efeito sobre o aquecimento global, por ser um dos gases causadores do efeito estufa. A parcela orgânica do lixo domiciliar também pode ser transformada em adubo (ou húmus), pelo processo aeróbio denominado de “compostagem”. As usinas de compostagem conseguem transformar toneladas de resíduos de origem doméstica, que teriam como destino final os aterros sanitários, em um material muito útil a ser utilizado como adubo ou condicionador de solos.

CIB - Como a fermentação poderia ser utilizada na produção de energia?

Marcelo - Os chineses há muito conhecem as técnicas de produção de energia por meio do biogás, gerado nos biodigestores nas áreas rurais, em propriedades com produção animal. Os excrementos de suínos, bovinos e aves, além do humano, podem ser empregados para esta finalidade.

Basicamente, os processos fermentativos (digestão anaeróbia) consistem de reações bioquímicas realizadas por microrganismos que, quando em condições controladas, levam à transformação da matéria orgânica em biogás de forma elevada e contínua. Esse biogás então purificado é armazenado em reservatórios, sob pressão, ou ainda pode ser utilizado continuamente em locais nas proximidades onde é gerado.

Além da produção do gás metano, atualmente diversos grupos de pesquisa no mundo realizam estudos, com objetivo de produzir em larga escala um dos principais elementos combustíveis conhecidos, o hidrogênio. Especialistas renomados afirmam que a era do petróleo será, no futuro, substituída pela era do hidrogênio.

CIB - A biotecnologia pode criar outras fontes alternativas de energia, que consigam substituir o petróleo, por exemplo?

Marcelo - Inevitavelmente temos que reconhecer que nossa sociedade está integralmente apoiada no desenvolvimento baseado no petróleo. Difícil imaginar hoje um produto ou serviço que tenha sido desenvolvido sem a participação direta ou indireta do petróleo e seus congêneres. Com efeito, as alterações que ocorrerão em substituição aos combustíveis fósseis deverão ser lentas, para que a sociedade possa se ajustar a esta mudança.

Outro aspecto, não menos relevante, é que produzir uma fonte alternativa é somente uma parte da solução. O desenvolvimento de processos e de tecnologias que possam armazenar, transportar e utilizar eficientemente outras formas de energia e, ainda assim serem economicamente viáveis, são os grandes desafios a serem enfrentados. É possível que as diferentes alternativas energéticas, não somente as de origem na biomassa, mas principalmente essas, ampliem ainda mais a importância da biotecnologia. Sua aplicação nesse campo é vasta, compreendendo melhoria genética de espécies vegetais e otimização de processos microbiológicos e enzimáticos, que possam substituir, em parte, o petróleo.

Tecnicamente a produção otimizada de biomassa para produção de bioetanol, a produção de óleos vegetais para o biodiesel, o resíduo celulósico da biomassa sendo convertido em etanol e, a promessa de produção e utilização do hidrogênio em escala crescente são formas de alternativas limpas de energia para a substituição do petróleo. Em um sentido mais amplo, o contínuo desenvolvimento da biotecnologia é uma contribuição muito importante para diminuir a atual dependência da sociedade pelo petróleo e a busca consciente de fontes energéticas mais limpas e, portanto, apropriadas aos novos tempos.

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