Plastic-degrading microbial communities reveal novel microorganisms, pathways, and biocatalysts for polymer degradation and bioplastic production

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Roman, Ellen Karen Barreto ; Ramos, Murilo Antonio ; Tomazetto, Geizecler ; Foltran, Bruno Botega ; Galvao, Matheus Henrique ; Ciancaglini, Iara ; Tramontina, Robson ; Rodrigues, Felipe de Almeida ; da Silva, Larissa Soares ; Sandano, Ana Luiza Hernandes ; Fernandes, Diogenes G. da S. ; Almeida, Dnane Vieira ; Baldo, Denicezar Angelo ; de Oliveira Junior, Jose Martins ; Garcia, Wanius ; Damasio, Andre ; Squina, Fabio Marcio

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Science of The Total Environment; v. 949, p. 14-pg., 2024-08-02.

Resumo

Plastics derived from fossil fuels are used ubiquitously owing to their exceptional physicochemical characteristics. However, the extensive and short-term use of plastics has caused environmental challenges. The biotechnological plastic conversion can help address the challenges related to plastic pollution, offering sustainable alternatives that can operate using bioeconomic concepts and promote socioeconomic benefits. In this context, using soil from a plastic-contaminated landfill, two consortia were established (ConsPlastic-A and-B) displaying versatility in developing and consuming polyethylene or polyethylene terephthalate as the carbon source of nutrition. The ConsPlastic-A and-B metagenomic sequencing, taxonomic profiling, and the reconstruction of 79 draft bacterial genomes significantly expanded the knowledge of plastic-degrading microorganisms and enzymes, disclosing novel taxonomic groups associated with polymer degradation. The microbial consortium was utilized to obtain a novel Pseudomonas putida strain (BR4), presenting a striking metabolic arsenal for aromatic compound degradation and assimilation, confirmed by genomic analyses. The BR4 displays the inherent capacity to degrade polyethylene terephthalate (PET) and produce polyhydroxybutyrate (PHB) containing hydroxyvalerate (HV) units that contribute to enhanced copolymer properties, such as increased flexibility and resistance to breakage, compared with pure PHB. Therefore, BR4 is a promising strain for developing a bioconsolidated plastic depolymerization and upcycling process. Collectively, our study provides insights that may extend beyond the artificial ecosystems established during our experiments and supports future strategies for effectively decomposing and valorizing plastic waste. Furthermore, the functional genomic analysis described herein serves as a valuable guide for elucidating the genetic potential of microbial communities and microorganisms in plastic deconstruction and upcycling. (AU)

• Processo FAPESP: 19/19360-3 - Hidrogéis nanocompósitos inspirados na parede celular vegetal para aplicações biomédicas
• Beneficiário: Eupídio Scopel
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 23/04941-6 - Isolamento de microrganismos termofilícos capazes de degradar polietileno
• Beneficiário: Larissa Soares da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Processo FAPESP: 20/05784-3 - EMU concedido no processo 15/50590-4: sistema cromatográfico e detectores para análise de açúcares e monolignois de lignocelulose
• Beneficiário: Fábio Márcio Squina
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 23/04828-5 - Desenvolvimento de um consórcio microbiano termofílico degradador de polietileno
• Beneficiário: Felipe de Almeida Rodrigues
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Processo FAPESP: 15/23279-6 - Análise metagenômica e metasecretômica de um consórcio microbiano enriquecido de fungos anaeróbicos degradador de bagaço de cana: prospecção de celulossomas e enzimas lignocelulolíticas
• Beneficiário: Geizecler Tomazetto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 23/08832-7 - Engenharia e Caracterização de uma Poliesterase Aromática Degradadora de Plástico.
• Beneficiário: Ana Luiza Hernandes Sandano
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 20/11019-8 - PP1: integração entre valorização de lignina e plantas de etanol celulósico
• Beneficiário: Bruno Botega Foltran
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Processo FAPESP: 23/04782-5 - Prospecção, expressão, produção, purificação e caracterização de tpazymes.
• Beneficiário: Murilo Antonio Ramos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Processo FAPESP: 21/04254-3 - Desenvolvimento de conceitos de biorrefinaria via conversão de ácido cumarico em compostos de alto valor
• Beneficiário: Robson Tramontina
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 22/08958-8 - Desenvolvimento de microrganismos e enzimas termofílicas envolvidas na degradação e reaproveitamento de plásticos fósseis
• Beneficiário: Fábio Márcio Squina
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 23/12398-0 - Prospecção em bancos de dados públicos, clonagem e produção de hidrofobinas recombinantes em a. oryzae
• Beneficiário: Matheus Henrique Galvão
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 22/05731-2 - BEYOND: estabelecendo uma fábrica celular fúngica para produção de proteínas recombinantes
• Beneficiário: André Ricardo de Lima Damasio
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 22/14112-4 - Desenvolvimento de uma coleção de enzimas termofílicas extremas ativas na conversão de plásticos pet
• Beneficiário: Iara Ciancaglini
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto