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TED2013

Two young scientists break down plastics with bacteria

Miranda Wang + Jeanny Yao: Duas jovens cientistas quebram plásticos com bactérias

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Uma vez criado, o plástico (quase) nunca desaparece. Enquanto estavam no 12º ano de estudos, Miranda Wang e Jeanny Yao foram em busca de uma nova bactéria para biodegradar plástico -- especificamente para quebrar ftalato, um plastificante nocivo. Elas encontraram uma resposta surpreendentemente perto de casa.

- Science fair winners
Miranda Wang and Jeanny Yao have identified a new bacteria that breaks down nasty compounds called phthalates, common to flexible plastics and linked to health problems. And they’re still teenagers. Full bio

Miranda Wang: We're here to talk about accidents.
Miranda Wang: Estamos aqui
para falar de acidentes.
00:12
How do you feel about accidents?
Como vocês se sentem sobre acidentes?
00:15
When we think about accidents,
Quando pensamos em acidentes,
00:17
we usually consider them to be harmful,
geralmente nós
os consideramos prejudiciais,
00:19
unfortunate or even dangerous, and they certainly can be.
lamentáveis ou até mesmo perigosos,
e eles, com certeza, podem ser
00:21
But are they always that bad?
Mas, eles são sempre tão ruins?
00:25
The discovery that had led to penicillin, for example,
A descoberta que levou
à penicilina, por exemplo,
00:28
is one of the most fortunate accidents of all time.
é um dos acidentes mais afortunados
de todos os tempos.
00:30
Without biologist Alexander Fleming's moldy accident,
Sem o acidente com o mofo,
do biólogo Alexander Fleming,
00:34
caused by a neglected workstation,
causado por um local
de trabalho mal cuidado,
00:37
we wouldn't be able to fight off so many bacterial infections.
não seríamos capazes de combater
tantas infecções bacterianas.
00:39
Jeanny Yao: Miranda and I are here today
Jeanny Yao: Miranda e eu estamos aqui hoje
00:44
because we'd like to share how our accidents
porque gostaríamos de compartilhar
como nossos acidentes
00:46
have led to discoveries.
levaram a descobertas.
00:48
In 2011, we visited the Vancouver Waste Transfer Station
Em 2011, visitamos a Estação
de Transferência de Lixo de Vancouver
00:50
and saw an enormous pit of plastic waste.
e vimos um enorme fosso de lixo plástico.
00:54
We realized that when plastics get to the dump,
Percebemos que, quando os materiais
plásticos chegam ao aterro,
00:57
it's difficult to sort them because they have similar densities,
é difícil separá-los porque
eles têm densidades similares,
01:00
and when they're mixed with organic matter
e, quando se misturam com matéria orgânica
01:03
and construction debris, it's truly impossible
e restos de construção,
é realmente impossível
01:05
to pick them out and environmentally eliminate them.
retirá-los e eliminá-los no meio ambiente.
01:07
MW: However, plastics are useful
MW: Entretanto, os plásticos são úteis
01:10
because they're durable, flexible,
porque são duráveis, flexíveis
01:13
and can be easily molded into so many useful shapes.
e podem ser moldados
facilmente em muitas formas.
01:15
The downside of this convenience
O lado ruim para essa conveniência
01:18
is that there's a high cost to this.
é que há um custo alto para isso.
01:20
Plastics cause serious problems, such as
Os plásticos causam
sérios problemas, tais como
01:23
the destruction of ecosystems,
destruição de ecossistemas,
01:25
the pollution of natural resources,
poluição de recursos naturais
01:27
and the reduction of available land space.
e redução do espaço de terra disponível.
01:29
This picture you see here is the Great Pacific Gyre.
Esta fotografia que vemos
aqui é o Grande Giro Pacífico.
01:31
When you think about plastic pollution
Quando pensamos sobre
a poluição do plástico
01:34
and the marine environment,
no ambiente marinho,
01:36
we think about the Great Pacific Gyre,
pensamos no Grande Giro Pacífico,
01:38
which is supposed to be a floating island of plastic waste.
que é uma ilha flutuante de lixo plástico.
01:39
But that's no longer an accurate depiction
Mas esta não é mais uma descrição exata
01:43
of plastic pollution in the marine environment.
da poluição do plástico
no ambiente marinho.
01:45
Right now, the ocean is actually a soup of plastic debris,
Agora, o oceano é, na verdade,
uma sopa de restos de plástico
01:48
and there's nowhere you can go in the ocean
e não há lugar aonde
você possa ir no oceano
01:52
where you wouldn't be able to find plastic particles.
onde não seja capaz
de encontrar pedaços de plástico.
01:54
JY: In a plastic-dependent society,
JY: Em uma sociedade
dependente do plástico,
01:57
cutting down production is a good goal, but it's not enough.
reduzir a produção é uma boa meta,
mas não é o bastante.
02:00
And what about the waste that's already been produced?
E o lixo que já foi produzido?
02:03
Plastics take hundreds to thousands of years to biodegrade.
O plástico leva de centenas
a milhares de anos para biodegradar.
02:06
So we thought, you know what?
Então, pensamos, sabem o quê?
02:10
Instead of waiting for that garbage to sit there and pile up,
Em vez de esperar que
aquele lixo se acumule e faça pilhas,
02:11
let's find a way to break them down
vamos encontrar uma forma de quebrá-lo
02:15
with bacteria.
com bactérias.
02:17
Sounds cool, right?
Parece legal, não é?
02:19
Audience: Yeah. JY: Thank you.
Plateia: Sim.
JY: Obrigada.
02:21
But we had a problem.
Mas, tínhamos um problema.
02:22
You see, plastics have very complex structures
Sabe, os plásticos têm
estruturas muito complexas
02:24
and are difficult to biodegrade.
e são difíceis de biodegradar.
02:27
Anyhow, we were curious and hopeful
De qualquer forma,
estávamos curiosas e esperançosas
02:30
and still wanted to give it a go.
queríamos começar.
02:32
MW: With this idea in mind, Jeanny and I read through
MW: Com essa ideia em mente,
Jeanny e eu lemos
02:33
some hundreds of scientific articles on the Internet,
algumas centenas
de artigos científicos na Internet,
02:36
and we drafted a research proposal
e rascunhamos uma proposta de pesquisa
02:38
in the beginning of our grade 12 year.
no início de nosso 12º ano escolar.
02:40
We aimed to find bacteria from our local Fraser River
Tínhamos como alvo encontrar
bactérias de nosso rio Fraser
02:43
that can degrade a harmful plasticizer called phthalates.
que pudessem degradar
um plastificante nocivo, chamado ftalato.
02:46
Phthalates are additives used in everyday plastic products
Ftalatos são aditivos usados
nos produtos plásticos do dia a dia
02:50
to increase their flexibility, durability and transparency.
para aumentar a flexibilidade,
durabilidade e transparência.
02:52
Although they're part of the plastic,
Ainda que sejam parte do plástico,
02:57
they're not covalently bonded to the plastic backbone.
eles não são ligados por covalência
ao suporte principal do plástico.
02:59
As a result, they easily escape into our environment.
Como consequência, escapam
facilmente em nosso ambiente.
03:01
Not only do phthalates pollute our environment,
Os ftalatos não poluem
somente nosso ambiente
03:04
but they also pollute our bodies.
mas também poluem nossos corpos.
03:07
To make the matter worse, phthalates are found in products
Para tornar a questão pior,
ftalatos são encontrados em produtos
03:09
to which we have a high exposure, such as babies' toys,
aos quais temos alta exposição,
como brinquedos de crianças,
03:12
beverage containers, cosmetics, and even food wraps.
garrafas de bebidas, cosméticos
e até mesmo embalagem de alimentos.
03:16
Phthalates are horrible because
Os ftalatos são horríveis porque
03:20
they're so easily taken into our bodies.
penetram facilmente em nossos corpos.
03:22
They can be absorbed by skin contact, ingested, and inhaled.
Podem ser absorvidos pelo contato
com a pele, ingeridos e inalados.
03:24
JY: Every year, at least 470 million pounds of phthalates
JY: A cada ano, pelo menos
200 mil toneladas de ftalatos
03:29
contaminate our air, water and soil.
contaminam nosso ar, água e solo.
03:32
The Environmental Protection Agency
A Agência de Proteção Ambiental
03:36
even classified this group as a top-priority pollutant
classificou esse grupo como
um poluente de alta prioridade
03:37
because it's been shown to cause cancer and birth defects
porque já foi demonstrado
que causa câncer e defeitos congênitos
03:40
by acting as a hormone disruptor.
por agir como um desregulador hormonal.
03:44
We read that each year, the Vancouver municipal government
Verificamos isso todos os anos,
o governo municipal de Vancouver
03:46
monitors phthalate concentration levels in rivers
monitora os níveis
de concentração do ftalato nos rios
03:49
to assess their safety.
para avaliar sua segurança.
03:51
So we figured, if there are places along our Fraser River
Então imaginamos,
se há lugares ao longo do rio Fraser
03:53
that are contaminated with phthalates,
que estejam contaminados com ftalatos
03:56
and if there are bacteria that are able to live in these areas,
e se há bactérias capazes
de viver nessas áreas,
03:58
then perhaps, perhaps these bacteria could have evolved
então, talvez essas bactérias
possam ter evoluído
04:01
to break down phthalates.
para quebrar o ftalato.
04:05
MW: So we presented this good idea
MW: Assim, apresentamos esta boa ideia
04:07
to Dr. Lindsay Eltis at the University of British Columbia,
ao dr. Lindsay Eltis,
na Universidade de British Columbia,
04:10
and surprisingly, he actually took us into his lab
e, surpreendentemente na verdade,
ele nos levou a seu laboratório
04:13
and asked his graduate students Adam and James to help us.
e pediu a seus alunos,
Adam e James, que nos auxiliassem.
04:16
Little did we know at that time
Mal sabíamos, naquela época,
04:20
that a trip to the dump and some research on the Internet
que uma viagem ao aterro sanitário
e alguma pesquisa na Internet
04:22
and plucking up the courage to act upon inspiration
e a coragem para agir sobre a inspiração
04:25
would take us on a life-changing journey
nos levariam a uma jornada transformadora
04:28
of accidents and discoveries.
sobre acidentes e descobertas.
04:30
JY: The first step in our project
JY: O primeiro passo em nosso projeto
04:33
was to collect soil samples from three different sites
era coletar amostras de solo
de três locais diferentes
04:35
along the Fraser River.
ao longo do rio Fraser.
04:37
Out of thousands of bacteria, we wanted to find ones
De milhares de bactérias,
queríamos encontrar aquelas
04:39
that could break down phthalates,
que pudessem quebrar ftalatos,
04:42
so we enriched our cultures with phthalates
então enriquecemos
nossas culturas com ftalatos
04:43
as the only carbon source.
como a única fonte de carbono.
04:45
This implied that, if anything grew in our cultures,
Isso implicava que, se qualquer coisa
crescesse em nossas culturas,
04:47
then they must be able to live off of phthalates.
então ela deveria ser capaz
de viver do ftalato.
04:49
Everything went well from there,
Tudo correu bem ali,
04:52
and we became amazing scientists. (Laughter)
e nos tornamos cientistas
espetaculares. (Risos)
04:54
MW: Um ... uh, Jeanny. JY: I'm just joking.
MW: Hum... eh, Jeanny.
JY: Estou só brincando.
04:57
MW: Okay. Well, it was partially my fault.
MW: Ok. Bem, em parte foi minha culpa.
05:00
You see, I accidentally cracked the flask
Veja, acidentalmente quebrei o frasco
05:02
that had contained our third enrichment culture,
que continha nossa terceira
cultura enriquecida,
05:05
and as a result, we had to wipe down the incubator room
e, em consequência, tivemos que
limpar a sala de incubação
05:07
with bleach and ethanol twice.
com água sanitária e etanol duas vezes.
05:10
And this is only one of the examples of the many accidents
E este é apenas um dos exemplos
dos muitos acidentes
05:12
that happened during our experimentation.
que aconteceram durante
nossas experiências.
05:15
But this mistake turned out to be rather serendipitous.
Mas, este erro transformou-se
em algo bem fortuito.
05:17
We noticed that the unharmed cultures
Observamos que as culturas não atingidas
05:20
came from places of opposite contamination levels,
vieram de lugares com níveis
de contaminação opostos,
05:23
so this mistake actually led us to think that
então, este erro nos levou a pensar que
05:26
perhaps we can compare
talvez pudéssemos comparar
05:28
the different degradative potentials of bacteria
os diferentes potenciais
de degradação das bactérias
05:30
from sites of opposite contamination levels.
de locais com níveis
de contaminação opostos.
05:33
JY: Now that we grew the bacteria,
JY: Agora que cultivamos a bactéria,
05:37
we wanted to isolate strains by streaking onto mediate plates,
queríamos isolar cepas
distribuindo-as em pratos médios,
05:39
because we thought that would be
porque pensamos que seriam
05:42
less accident-prone, but we were wrong again.
menos vulneráveis a acidentes,
mas estávamos erradas novamente.
05:44
We poked holes in our agar while streaking
Fizemos furos no ágar
enquanto distribuíamos
05:47
and contaminated some samples and funghi.
e contaminamos algumas amostras e fungos.
05:51
As a result, we had to streak and restreak several times.
Em consequência, tivemos que distribuir
e redistribuir várias vezes.
05:53
Then we monitored phthalate utilization
Então, monitoramos a utilização de ftalato
05:56
and bacterial growth,
e o crescimento bacteriano,
05:59
and found that they shared an inverse correlation,
e descobrimos que eles compartilhavam
uma correlação inversa,
06:01
so as bacterial populations increased,
de modo que, enquanto cresciam
as populações de bactérias,
06:03
phthalate concentrations decreased.
diminuíam as concentrações de ftalato.
06:06
This means that our bacteria were actually living off of phthalates.
Isso significava que nossas bactérias
estavam realmente vivendo do ftalato.
06:08
MW: So now that we found bacteria that could break down phthalates,
MW: Então, agora que tínhamos encontrado
as bactérias que podiam quebrar o ftalato,
06:12
we wondered what these bacteria were.
perguntávamos quais
seriam essas bactérias.
06:15
So Jeanny and I took three of our most efficient strains
Então, Jeanny e eu pegamos
três de nossas cepas mais eficientes
06:17
and then performed gene amplification sequencing on them
e aplicamos um sequenciamento
de amplificação genético nelas
06:20
and matched our data with an online comprehensive database.
e comparamos nossos dados
com os dados completos online.
06:23
We were happy to see that,
Ficamos felizes de ver que,
06:26
although our three strains had been previously identified bacteria,
ainda que nossas três cepas fossem
bactérias previamente identificadas,
06:27
two of them were not previously associated
duas delas não estavam
previamente associadas
06:31
with phthalate degradation, so this was actually a novel discovery.
com a degradação do ftalato, então essa
era realmente uma nova descoberta.
06:34
JY: To better understand how this biodegradation works,
JY: Para entender melhor
como essa biodegradação funciona,
06:38
we wanted to verify the catabolic pathways of our three strains.
queríamos verificar o
percurso catabólico de nossas três cepas.
06:42
To do this, we extracted enzymes from our bacteria
Para fazer isso, extraímos enzimas
de nossas bactérias
06:46
and reacted with an intermediate of phthalic acid.
e fizemos uma reação
com um ácido ftálico intermediário.
06:49
MW: We monitored this experiment with spectrophotometry
MW: Monitoramos este experimento
com espectrometria
06:52
and obtained this beautiful graph.
o obtivemos este lindo gráfico.
06:55
This graph shows that our bacteria really do have
Este gráfico mostra
que nossas bactérias realmente têm
06:58
a genetic pathway to biodegrade phthalates.
um percurso genético
para degradar ftalatos.
07:00
Our bacteria can transform phthalates, which is a harmful toxin,
Nossas bactérias podem transformar
ftalato, que é uma toxina nociva,
07:03
into end products such as carbon dioxide, water
em produtos finais tais como
dióxido de carbono, água
07:06
and alcohol.
e álcool.
07:09
I know some of you in the crowd are thinking,
Sei que alguns de vocês estão pensando,
07:10
well, carbon dioxide is horrible, it's a greenhouse gas.
bem, dióxido de carbono é horrível,
é um gás estufa.
07:11
But if our bacteria did not evolve to break down phthalates,
Mas, se nossas bactérias
não evoluíssem para quebrar ftalatos,
07:15
they would have used some other kind of carbon source,
elas teriam usado algum outro
tipo de fonte de carbono,
07:18
and aerobic respiration would have led it
e a respiração aeróbica teria levado isso
07:21
to have end products such as carbon dioxide anyway.
a ter produtos finais como
o dióxido de carbono de qualquer forma.
07:23
We were also interested to see that,
Também estávamos
interessadas em observar que,
07:26
although we've obtained greater diversity
ainda que obtivéssemos
uma diversidade maior
07:28
of bacteria biodegraders from the bird habitat site,
de bactérias biodegradantes
do habitat local dos pássaros,
07:31
we obtained the most efficient degraders from the landfill site.
conseguimos os degradantes mais
eficientes no local do aterro sanitário.
07:33
So this fully shows that nature evolves
Portanto, isto demonstra
por completo que a natureza evolui
07:37
through natural selection.
através da seleção natural.
07:39
JY: So Miranda and I shared this research
JY: Então Miranda e eu
apresentamos esta pesquisa
07:42
at the Sanofi BioGENEius Challenge competition and were recognized
no concurso Desafio Sanofi BioGENEius
e foi reconhecida
07:44
with the greatest commercialization potential.
com grande potencial de comercialização.
07:47
Although we're not the first ones to find bacteria
Ainda que não tivéssemos sido
as primeiras a encontrar bactérias
07:50
that can break down phthalates,
que podem quebrar ftalato,
07:53
we were the first ones to look into our local river
fomos as primeiras
a observar nosso rio local
07:54
and find a possible solution to a local problem.
e encontrar uma solução possível
para um problema local.
07:56
We have not only shown that bacteria
Não apenas demonstramos que as bactérias
08:00
can be the solution to plastic pollution, but also that
podem ser a solução para
a poluição do plástico, mas também
08:03
being open to uncertain outcomes and taking risks
que, estar aberto para resultados
incertos e aceitar riscos,
08:06
create opportunities for unexpected discoveries.
criam oportunidades para
descobertas inesperadas.
08:09
Throughout this journey, we have also discovered our passion for science,
Através desta jornada, também descobrimos
nossa paixão por ciência,
08:13
and are currently continuing research
e atualmente estamos
continuando a pesquisar
08:16
on other fossil fuel chemicals in university.
sobre outras substâncias químicas
combustíveis fósseis, na universidade.
08:18
We hope that in the near future,
Esperamos que num futuro próximo
08:21
we'll be able to create model organisms
sejamos capazes de criar organismos modelo
08:23
that can break down not only phthalates
que possam quebrar não apenas ftalato
08:25
but a wide variety of different contaminants.
mas uma ampla variedade
de diferentes contaminantes.
08:27
We can apply this to wastewater treatment plants
Podemos aplicar isto
a estações de tratamento de água
08:31
to clean up our rivers
para limpar nossos rios
08:34
and other natural resources.
e outros recursos naturais.
08:35
And perhaps one day we'll be able to tackle
Talvez, um dia,
sejamos capazes de combater
08:37
the problem of solid plastic waste.
o problema do lixo plástico sólido.
08:40
MW: I think our journey has truly transformed
MW: Penso que nossa jornada
realmente transformou
08:44
our view of microorganisms,
nossa visão dos micro-organismos,
08:46
and Jeanny and I have shown that
e Jeanny e eu demonstramos que
08:48
even mistakes can lead to discoveries.
mesmo erros podem levar a descobertas.
08:50
Einstein once said,
Einstein disse uma vez:
08:52
"You can't solve problems by using the same kind
"Você não pode resolver
problemas usando o mesmo tipo
08:53
of thinking you used when you created them."
de pensamento que usou quando os criou."
08:56
If we're making plastic synthetically, then we think
Se estamos fazendo o plástico
sinteticamente, então pensamos
08:59
the solution would be to break them down biochemically.
que a solução seria
quebrá-lo bioquimicamente.
09:02
Thank you. JY: Thank you.
Obrigada.
JY: Obrigada.
09:06
(Applause)
(Aplausos)
09:08
Translated by Isabel Villan
Reviewed by Gustavo Rocha

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About the speaker:

Miranda Wang and Jeanny Yao - Science fair winners
Miranda Wang and Jeanny Yao have identified a new bacteria that breaks down nasty compounds called phthalates, common to flexible plastics and linked to health problems. And they’re still teenagers.

Why you should listen

After a visit to a plastic-filled waste transfer station last year, students Miranda Wang and Jeanny Yao learned that much of the plastic in trash may not degrade for 5,000 years. Synthesized into plastics are phthalates, compounds that make shower curtain liners, food wraps and other products bendable but may also adversely impact human reproductive development and health.  As plastics slowly break down, these phthalates would leach into the surrounding environment.

So, the two young scientists tackled the problem and ultimately discovered strains of bacteria that have the potential to naturally degrade phthalates. Their work earned a regional first place in British Columbia for the 2012 Sanofi BioGENEius Challenge Canada, as well as a special award for the most commercial potential at the contest’s finals.

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Miranda Wang and Jeanny Yao | Speaker | TED.com