Utilização de aptâmeros de DNA de baixo custo imobilizados em filtro de celulose para remover resíduos de antibióticos em efluentes

Os efluentes de maneira geral, e em particular os hospitalares, podem apresentar altas concentrações de antibióticos. Quando não tratados, esses resíduos tem grande potencial de gerar cepas bacterianas resistentes no ambiente. Os principais métodos de remoção de resíduos de antibióticos de efluentes são baseados em processos químicos através de adição de compostos para reagir ou degradar antibióticos, métodos físicos que dependem de tecnologias caras. O projeto propôs o desenvolvimento de  um filtro de celulose obtido de resíduos agroindustriais com aptâmeros de DNA imobilizados que atuam como sondas específicas e de alta afinidade para absorção e retenção de moléculas de antibióticos nos efluentes. Os principais métodos de remoção de resíduos de antibióticos dos efluentes se baseiam em processos químicos e métodos físicos que dependem de tecnologia e de manutenção de alto custo. A hipótese é que os aptâmeros, após imobilização em filtros de celulose, se ligam com alta afinidade a moléculas de antibióticos em efluentes de diferentes naturezas, reduzindo a concentração destas moléculas no efluente final. A proposta usa uma técnica barata e que não agride o meio-ambiente. Os filtros são reutilizáveis, podendo ser empregados em efluentes sem risco de contaminação química do ambiente, e são facilmente adaptados a diferentes tipos de ambientes como estação de tratamento de efluentes domésticos e hospitalares e estações de pequena e média propriedades agropecuárias. A tecnologia produzida é facilmente escalonada e aplicada para diferentes patógenos transmissíveis por água e ar e foi também aplicada a eliminação de partículas virais de SARS-CoV-2 encontradas no ar e efluentes.

A primeira etapa do projeto foi identificar sequências e aptâmeros da literatura com capacidade de interagir com os antibióticos com alta afinidade e testar seu poder de remoção em solução aquosa. A identificação de novas sondas foi realizada por evolução sistemática de ligantes por enriquecimento exponencial (método SELEX), com o interesse particular de detectar sondas que se ligam a beta-lactâmicos, aminoglicosídeos, fluoroquinolonas e macrolídeos. As sondas identificadas foram ligadas covalentemente a membranas de celulose. A eficiência da ligação foi mensurada e caracterizada por espectrofotometria, calorimetria e microscopia eletrônica de varredura. Após validação da eficiência em remover beta-lactâmicos, a membrana funcionalizada foi testada em efluentes hospitalares e de agropecuária provenientes de diferentes comunidades de diferentes regiões brasileiras.

Foram identificadas quatro sondas que se ligam a diferentes classes de antibióticos. Em paralelo, identificou-se um novo aptâmero de RNA que foi utilizado como RNA guia para sistema CRISP-Cas9 para reverter a resistência de bactérias gram-negativas. Validadas em laboratório, as sondas mostraram-se capazes de remover antibióticos de solução aquosa e efluente sintético. Constatou-se que o filtro foi eficiente para remover cinco classes de antibióticos em concentrações geralmente encontradas em efluentes reais obtidos da ETE- Arrudas de Belo Horizonte, Minas Gerais. Essa eficácia foi confirmada pelo padrão-ouro em HPLC. O filtro é capaz de passar por dois processos de regeneração, tendo durabilidade estimada de 48 meses. Os resíduos de antibióticos retidos no filtro foram eficientes e facilmente recuperados como uma solução concentrada que foi inativada por processos oxidativos em pequena escala ou purificados para reuso. Também se desenvolveu um sistema colorimétrico rápido de detecção de antibióticos em efluentes que em um minuto identifica e quantifica estes contaminantes e permite avaliar a eficiência dos filtros.

A ideia é criativa porque, diferente dos métodos tradicionais de tratamento de efluentes, utiliza sondas de baixo custo, é segura para o meio ambiente uma vez que, e é um sistema que facilita a utilização do usuário. Os aptâmeros e a membrana de celulose são biodegradáveis e a membrana é fabricada a partir de resíduos vegetais utilizados em diversas indústrias.  O filtro foi estruturado como peça encaixável que permite a ligação de diferentes unidades para produzir um filtro com dimensão personalizada ao ambiente alvo.

Considerando que os resíduos antimicrobianos podem selecionar cepas multirresistentes, a remoção desses antibióticos dos efluentes é crucial no controle da ARM. A tecnologia proposta neste projeto, que utiliza aptâmeros imobilizados em celulose, tem alta performance e baixo impacto para o meio ambiente.

As próximas etapas incluem escalonamento de produção de filtros para gerar unidades a serem instaladas em hospitais e estações de tratamento de efluente. Além disso, outras versões do filtro também estão em desenvolvimento para remoção de outros patógenos para controle de doenças humanas e de interesse veterinário, bem como filtros para remoção de fitopatógenos de água de reuso para agricultura.