Ein Expertenteam für Umweltingenieurwesen an der University of California Riverside hat spezifische Bakterien entdeckt, die bestimmte Arten von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) zerstören können, was einen wichtigen Schritt in Richtung kostengünstigerer Methoden zur Reinigung kontaminierter Trinkwasserquellen darstellt.

Diese Bakterien, die zur Gattung Acetobacterium gehören, sind weltweit in Abwasserumgebungen häufig zu finden.

PFAS, auch bekannt als "ewige Chemikalien", sind aufgrund ihrer extrem stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen so benannt, die es ihnen ermöglichen, lange in der Umwelt zu verbleiben.

Laut einer in der Zeitschrift Science Advances veröffentlichten Forschung haben Wissenschaftler der University of California Riverside und ihre Mitarbeiter entdeckt, dass diese Bakterien die starken Bindungen zwischen Fluor und Kohlenstoff aufbrechen können.

Neue Fortschritte im Verständnis von PFAS
"Wir haben zum ersten Mal ein Bakterium entdeckt, das die reduktive Defluorierung von PFAS-Strukturen durchführen kann", sagte Yujie Men, Hauptautor der Studie und außerordentlicher Professor am Department of Chemical and Environmental Engineering am Bourns College of Engineering an der UCR.

Men betonte, dass diese Bakterien nur bei ungesättigten PFAS-Verbindungen wirksam sind, die in ihrer chemischen Struktur Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen aufweisen.

Die Wissenschaftler identifizierten auch spezifische Enzyme in diesen Bakterien, die entscheidend für das Aufbrechen der Bindungen zwischen Kohlenstoff und Fluor sind. Diese Entdeckung eröffnet Bioingenieuren die Möglichkeit, diese Enzyme zu verbessern, um bei anderen PFAS-Verbindungen wirksamer zu sein. (Enzyme sind Proteine, die als Katalysatoren für biochemische Reaktionen wirken.)

Potenzial für Bioingenieurwesen
"Wenn wir den Mechanismus verstehen können, könnten wir ähnliche Enzyme auf der Grundlage der identifizierten molekularen Eigenschaften finden und effektivere auswählen", sagte Men. "Auch, wenn wir ein neues Enzym entwerfen oder ein bekanntes Enzym auf der Grundlage mechanistischer Erkenntnisse modifizieren können, könnten wir es effektiver machen und in der Lage, mit einem breiteren Spektrum von PFAS-Molekülen zu arbeiten."

Letztes Jahr veröffentlichte Men ein Papier, in dem er andere Mikroorganismen identifizierte, die die Bindungen zwischen Kohlenstoff und Chlor in chlorierten PFAS-Verbindungen aufbrechen, was eine signifikante spontane Defluorierung auslöst und diese Schadstoffgruppe zerstört. Die neueste Entdeckung erweitert die Anzahl der PFAS-Verbindungen, die biologisch zerstört werden können, erheblich.

Wirtschaftliche Methode zur Wasserreinigung
Der Einsatz von Bakterien zur Behandlung von Grundwasser ist wirtschaftlich rentabel, da Mikroorganismen Schadstoffe zerstören, bevor das Wasser die Brunnen erreicht. Der Prozess beinhaltet die Injektion von Grundwasser mit ausgewählten Bakterienarten zusammen mit Nährstoffen, um deren Anzahl zu erhöhen.

Da PFAS-Verbindungen mit Krebs und anderen gesundheitlichen Problemen in Verbindung gebracht werden, hat die US-Umweltschutzbehörde (EPA) in diesem Jahr Wasserqualitätsgrenzwerte eingeführt, die bestimmte ewige Chemikalien auf nur vier Teile pro Billion im Leitungswasser begrenzen und Wasserversorger dazu veranlassen, Lösungen zur Reinigung von PFAS zu finden.

PFAS-Verbindungen werden seit den 1940er Jahren aufgrund ihrer Fähigkeit, Hitze, Wasser und Lipiden zu widerstehen, in Tausenden von Verbraucherprodukten weit verbreitet eingesetzt. Beispiele für Produkte, die PFAS enthalten, sind Feuerlöschschäume, fettbeständige Papierverpackungen und Behälter wie Mikrowellen-Popcorn-Tüten, Pizzakartons und Bonbonverpackungen; auch Flecken- und Wasserabweisungsmittel, die auf Teppichen, Polstermöbeln, Kleidung und anderen Stoffen verwendet werden, laut EPA.

Der Titel der Arbeit lautet "Bifurkationselektronen- und Fluoreffluxsysteme in Acetobacterium-Arten treiben die Defluorierung von perfluorierten ungesättigten Carbonsäuren an." Yaochun Yu ist der Hauptautor. Er war ein Gaststudentenforscher und Postdoktorand an der UCR, bevor er 2022 zum Schweizerischen Bundesinstitut für Wasserwissenschaften und -technologie (Eawag) wechselte.

Neben Yu und Men sind die Mitautoren Fengjun Xu, Weiyang Zhao, Calvin Thoma, Shun Che, Jack E. Richman, Bosen Jin, Yiwen Zhu, Yue Xing und Lawrence Wackett.

Quelle: UNIVERSITY OF CALIFORNIA