Transformar resíduos em energia. Reduzir o volume de lixo urbano. Produzir insumos industriais a partir de processos inspirados na biologia. Em um cenário de pressão ambiental e busca por eficiência econômica, a ciência tem voltado o olhar para soluções que a natureza levou milhões de anos para aperfeiçoar, inclusive em organismos que, à primeira vista, despertam mais repulsa do que admiração: os insetos
É nesse campo que atua Ednildo Machado, biólogo formado pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), com mestrado e doutorado em Química Biológica pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Professor associado do Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho (IBCCF/UFRJ), onde atua no programa de Biologia Molecular e Estrutural, ele integra dois Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia (INCT/CNPq), sendo o Instituto Nacional de Entomologia Molecular e o Instituto Nacional do Bioetanol.
Neste último, Machado atua como convidado externo em uma parceria com o grupo coordenado por Marcos Buckeridge, da Universidade de São Paulo (USP), referência nas pesquisas sobre biomassa vegetal e bioenergia. A colaboração conecta a expertise em fisiologia e bioquímica de insetos ao estudo da conversão de biomassa para produção de biocombustíveis.
À frente de um grupo com ampla experiência em Fisiologia de Insetos, Machado investiga desde moléculas com propriedades antimicrobianas no veneno de formigas do gênero Solenopsis até enzimas digestivas de insetos como a barata Periplaneta americana, o mosquito Aedes aegypti e o cupim Cornitermes cumulans, com ênfase em carboidrases e oxidases envolvidas na degradação de materiais complexos.
Nesta entrevista, ele explica como mecanismos digestivos moldados pela evolução podem inspirar novas soluções industriais, seja na produção de bioenergia, seja na transformação de resíduos orgânicos em recursos de alto valor agregado.
Em que momento os insetos passaram a ser visto por vocês como possíveis aliados da indústria bioenergética?
Ednildo Machado: Na perspectiva evolutiva, a primeira coisa que eu queria destacar é que existe um grupo de insetos muito diversificado do ponto de vista zoológico que, ao longo da evolução, se especializou em consumir detritos. Isso representa uma vantagem evolutiva gigantesca, porque eles se alimentam de materiais que são difíceis de degradar e que estão disponíveis em abundância.
Vários outros seres vivos também se dedicaram evolutivamente a esse desafio. A barata é um exemplo, mas não está sozinha. Diversas moscas e outros insetos, e até organismos que não são insetos, se especializaram em consumir restos orgânicos, tanto de origem vegetal quanto animal. No entanto, muitos desses detritos são de origem vegetal, e aí entra a questão da bioenergia. Para aproveitar energeticamente e nutricionalmente restos de folhas, raízes, animais mortos e até microrganismos é preciso quebrar moléculas complexas presentes nesses materiais.
O desafio é enorme. Elas lidam com uma diversidade gigantesca de alimentos, com naturezas químicas muito diferentes. Para dar conta disso, precisam de uma verdadeira bateria de enzimas e de condições específicas no intestino que permitam não apenas digerir esses compostos, mas também evitar intoxicações. As baratas tiveram muito tempo para aperfeiçoar essa maquinaria. Sobreviveram a ciclos de extinção, inclusive ao que levou ao desaparecimento dos dinossauros. Algumas espécies se extinguiram, claro, mas muitas sobreviveram. São organismos antigos, resilientes, com sistemas altamente adaptados ao consumo de detritos.
Em uma entrevista para o Jornal da USP, você mencionou que o intestino da barata funciona como uma “linha de produção”. Poderia explicar como funciona esse processo digestivo?
Ednildo Machado: De fato, os intestinos dos metazoários, ou seja, dos animais mais complexos, compartilham um desafio comum que é receber um alimento estruturalmente complexo e transformá-lo em unidades menores que possam ser absorvidas. Esses alimentos são formados por polímeros, proteínas, lipídeos, polissacarídeos, nucleotídeos, moléculas grandes, organizadas em estruturas químicas complexas. O intestino, de modo geral, inclusive o nosso, promove uma quebra sequencial dessas moléculas. Quando você come arroz, por exemplo, o principal componente é o amido, que é formado por glicose. O desafio do seu sistema digestivo é transformar aquela massa de amido em moléculas individuais de glicose. Assim, os intestinos funcionam como uma sequência de etapas.
No caso da barata, dentro de um universo de cerca de um milhão de espécies de insetos, ela possui um sistema digestivo relativamente simples, com três compartimentos. Nós temos boca, esôfago, estômago, intestino delgado e intestino grosso, cinco compartimentos principais. Em cada etapa, mudam as condições químicas e bioquímicas para cumprir o mesmo objetivo de decompor moléculas grandes em pequenas. Mas a barata tem uma vantagem. Ela possui estruturas semelhantes a dentes internos. Primeiro, fragmenta o alimento externamente, como nós fazemos ao mastigar. Mas, depois de ingerido, o alimento passa por estruturas internas que funcionam como um sistema de engrenagens dentadas, triturando ainda mais o material. Essa pré-trituração interna representa um ganho significativo de eficiência digestiva.
Se o sistema digestivo da barata é tão eficiente na fragmentação e transformação de resíduos complexos, em que medida ele pode servir como modelo para repensar processos industriais de conversão de biomassa?
Ednildo Machado: Parte do que inspira essa busca pelas características desses insetos é justamente essa capacidade de eficiência. Hoje, uma das aplicações mais interessantes está ligada à possibilidade de reciclar lixo urbano utilizando esses organismos. Para mim, esse tema está no mesmo nível de interesse que a bioenergia, tanto pela geração de energia, quanto pela redução do volume de lixo orgânico nas cidades, algo em que esses insetos podem contribuir enormemente.
Se pensarmos apenas nos resíduos urbanos, os números são estrondosos. O Brasil produz cerca de 75 milhões de toneladas de resíduos orgânicos por ano. Se isso fica exposto ao ar livre, aproximadamente 90% acaba sendo degradado por insetos, principalmente moscas, baratas e outros detritívoros. Esses materiais têm estruturas químicas complexas. O objetivo não é usar a barata diretamente numa usina industrial, mas copiar os seus processos digestivos.
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Você mencionou a questão dos resíduos orgânicos. Como sistemas baseados em insetos podem contribuir de forma concreta para enfrentar o problema do lixo urbano?
Ednildo Machado: O mundo está avançando rapidamente nessa agenda. Hoje, dois terços do investimento global em ciência e tecnologia estão na Ásia, com aportes contínuos inclusive na criação de insetos. Na China, por exemplo, já existem fazendas dedicadas ao aproveitamento de resíduos urbanos. Esse movimento dialoga com um desafio maior, pois além dos biocombustíveis, precisamos pensar em como alimentar 10 bilhões de pessoas e bilhões de animais de criação nas próximas décadas.
No Brasil, olhamos para os mais de 200 milhões de habitantes, mas também temos cerca de 200 milhões de cabeças de gado e dezenas de milhões de outros animais que dependem de ração. Ao mesmo tempo, seguimos expandindo áreas agrícolas com alto impacto ambiental, enquanto descartamos resíduos orgânicos ricos em nutrientes. Esses resíduos vão para aterros, geram metano, custam caro para transportar e têm baixíssimo aproveitamento, menos de 1% do lixo produzido no País é efetivamente reaproveitado.
Insetos detritívoros, como baratas, besouros e algumas moscas, oferecem uma alternativa eficiente, já que convertem resíduos em proteína para ração, lipídios que podem virar biodiesel e um resíduo sólido que funciona como fertilizante. Alguns sistemas reduzem em até 70% o volume do lixo orgânico, transformando uma tonelada de resíduo em centenas de quilos de produtos aproveitáveis. A lógica é simples: em vez de tratar o lixo como custo, é possível transformá-lo localmente em alimento, energia e insumos agrícolas, usando muito menos espaço do que a pecuária tradicional. Isso não substitui outras soluções, mas complementa.
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Além da aplicação dos insetos na redução de resíduos orgânicos, como os mecanismos desenvolvidos pela natureza dos insetos podem ser traduzidos em soluções concretas para a indústria?
Ednildo Machado: Existem dois aspectos principais. O primeiro é mimetizar as câmaras digestivas, como se cada uma fosse um compartimento industrial. Do ponto de vista químico, isso é relativamente simples: é possível medir e controlar parâmetros como teor de oxigênio e pH, se o ambiente é ácido, neutro ou alcalino. Esses parâmetros, especialmente pH e oxigênio, podem ser controlados e mimetizados em laboratório ou em escala pré-industrial. É possível reproduzir essas condições, inclusive simulando movimentos semelhantes à peristalse para deslocar o material entre compartimentos. Esse tipo de mimetismo é viável e já há pesquisadores pensando nessas estratégias.
E quanto ao segundo aspecto?
Ednildo Machado: O segundo aspecto, mais complexo, envolve as enzimas. Diante de materiais com milhares de compostos diferentes, é necessária uma diversidade igualmente grande de enzimas para quebrá-los. Embora cada organismo produza suas próprias enzimas, isso geralmente não é suficiente. Por isso, quase todos os animais contam com a ajuda da microbiota intestinal, que pode produzir de 10 a 100 vezes mais enzimas do que o próprio hospedeiro, ampliando enormemente o repertório bioquímico disponível.
Enquanto animais especializados, como carnívoros, têm sistemas digestivos voltados a poucos tipos de alimento, organismos detritívoros dependem tanto de suas enzimas quanto das produzidas por seus microrganismos para degradar materiais quimicamente muito variados. Esses microrganismos, portanto, têm grande interesse tecnológico, pois desenvolveram ao longo de milhões de anos soluções para quebrar moléculas complexas. O desafio é duplo: mimetizar as condições físico-químicas das câmaras digestivas e identificar as enzimas envolvidas, incluindo as da microbiota, que ampliam a complexidade do sistema. Embora já existam enzimas comerciais, muitas derivadas de fungos e amplamente usadas por grandes empresas, a eficiência industrial ainda está longe da observada na barata, possivelmente não chegue a 10%. Nosso trabalho é identificar enzimas da barata e de sua microbiota que possam ser incorporadas aos coquetéis enzimáticos já utilizados pela indústria, aumentando sua eficiência.
Quando comparamos a eficiência da indústria na extração de açúcares da biomassa com a de insetos, o que essas diferenças revelam sobre consumo energético, geração de resíduos e possíveis caminhos para tornar os processos industriais mais sustentáveis?
Ednildo Machado: Hoje, processos industriais conseguem extrair cerca de 50% do açúcar de uma fibra vegetal em 48 horas. Um cupim chega a 90% no mesmo tempo; a barata chega a 50%, mas faz isso a temperaturas baixíssimas (25 a 28 graus) e gerando muito poucos resíduos. A indústria não possui “dentes”, como os insetos. Pode recorrer à moagem, mas esse processo é energeticamente caro, e por isso nem sempre é utilizado. Muitas vezes, para compensar, adotam tratamentos ácidos para degradar a biomassa, algo que lembra etapas do nosso sistema digestivo. O problema é que, ao final, restam milhões de litros de solução ácida que precisam ser descartados, gerando resíduos ambientais relevantes.
Já insetos como baratas realizam esse processo a 25 °C ou 28 °C, com alta eficiência e baixa geração de resíduos. O material final pode inclusive ser utilizado como adubo. Portanto, compreender profundamente esses sistemas digestivos pode inspirar processos mais eficientes, com menor consumo energético e menos impacto ambiental.
Onde estão hoje os principais gargalos desse processo e de que forma a descoberta de novas enzimas poderia impactar tanto a eficiência produtiva, quanto a competitividade dessa tecnologia no mercado?
Ednildo Machado: Atualmente, as enzimas representam entre 30% e 40% do custo de produção do etanol de segunda geração. Se conseguirmos identificar e adicionar novas enzimas mais eficientes, provenientes da barata ou de sua microbiota, podemos reduzir custos e aumentar o rendimento.
É um trabalho coletivo. A pesquisa não entrega soluções finais de imediato, ela adiciona “tijolos” para tornar o sistema mais eficiente ao longo do tempo. E, sim, ao aumentar a eficiência técnica e reduzir custos, soluções baseadas na natureza podem tornar alternativas mais sustentáveis também mais competitivas no mercado.
E quanto à dimensão econômica?
Ednildo Machado: No fim das contas, a viabilidade depende da combinação entre eficiência biológica e viabilidade de negócio. Às vezes, é preciso aprimorar as enzimas para que elas atuem de maneira mais eficiente nas condições industriais. Hoje já existem empresas que modificam enzimas para que funcionem em ambientes ácidos, dentro de grandes tanques de aço, sob condições severas e, muitas vezes, em temperaturas mais altas. Tudo isso é feito para melhorar o desempenho dentro do ambiente industrial.
Mas é preciso fechar a conta econômica. Muitas vezes a solução técnica já existe, mas há um limite imposto pela viabilidade financeira. Ainda assim, o setor vem avançando. Até pouco tempo atrás, por exemplo, havia planos de abrir diversas usinas dedicadas ao etanol de segunda geração, justamente porque há uma quantidade enorme de resíduos agrícolas disponíveis, bagaço de cana, restos de milho, espigas, entre outros. O Brasil tem um papel estratégico na produção global de alimentos e, consequentemente, gera um volume gigantesco de resíduos vegetais. Esses materiais ainda são subaproveitados. Melhorar a eficiência dos processos, com enzimas mais eficazes e com sistemas que mimetizem ambientes biológicos altamente eficientes, como os de insetos, pode fortalecer um modelo que já está em funcionamento.
Em uma entrevista recente, você disse que “estamos copiando o que a natureza já resolveu há milhões de anos”. Que lição essa pesquisa deixa para o futuro da indústria energética?
Ednildo Machado: Uma coisa que eu gostaria de destacar é o chamado aos jovens. Isso é algo que me preocupa, e ao Marcos também. Temos um desafio muito concreto pela frente: em 10 ou 15 anos, seremos 10 bilhões de pessoas no planeta, com demandas energéticas gigantescas. São problemas reais, que exigem gente preparada, motivada e disposta a pensar soluções de longo prazo.
A ciência não funciona na velocidade do TikTok. Ela exige continuidade, investimento em educação e pesquisa ao longo de gerações. Esses desafios não vão desaparecer porque estamos desanimados. Inteligência artificial pode ajudar a organizar dados, mas ela trabalha com o que já foi feito. Resolver problemas novos exige olhar para frente. Entender temas complexos hoje pode significar torná-los mais claros amanhã, e isso é essencial para a nossa própria sobrevivência. Países que investiram de forma contínua em ciência e tecnologia há 20 ou 30 anos colhem resultados agora. Hoje, cerca de dois terços do investimento mundial nessas áreas está concentrado na Ásia. Não se trata de comparar capacidades, mas de reconhecer a importância da continuidade.
