Zespół ekspertów z inżynierii środowiska z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside odkrył specyficzne bakterie, które mogą niszczyć niektóre rodzaje per- i polifluoroalkilowych substancji (PFAS), co stanowi ważny krok w kierunku bardziej przystępnych metod oczyszczania zanieczyszczonych źródeł wody pitnej.

Te bakterie, które należą do rodzaju Acetobacterium, są powszechnie spotykane w środowiskach ściekowych na całym świecie.

PFAS, znane również jako "wieczne chemikalia", są tak nazywane ze względu na swoje niezwykle stabilne wiązania między węglem a fluorem, które pozwalają im na długotrwałe przebywanie w środowisku.

Zgodnie z badaniami opublikowanymi w czasopiśmie Science Advances, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside i ich współpracownicy odkryli, że te bakterie mogą rozbijać silne wiązania między fluorem a węglem.

Nowe postępy w zrozumieniu PFAS
"Po raz pierwszy odkryliśmy bakterię, która może przeprowadzać redukcyjną defluorynację struktur PFAS," powiedział Yujie Men, główny autor badania i adiunkt na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Środowiskowej w Bourns College of Engineering na UCR.

Men podkreślił, że te bakterie są skuteczne tylko w przypadku nienasyconych związków PFAS, które mają podwójne wiązania między atomami węgla w swojej strukturze chemicznej.

Naukowcy zidentyfikowali również specyficzne enzymy w tych bakteriach, które są kluczowe dla rozbijania wiązań między węglem a fluorem. To odkrycie otwiera możliwości dla bioinżynierów, aby ulepszyć te enzymy, aby były bardziej skuteczne w przypadku innych związków PFAS. (Enzymy to białka, które działają jako katalizatory reakcji biochemicznych.)

Potencjał dla bioinżynierii
"Jeśli możemy zrozumieć mechanizm, być może będziemy w stanie znaleźć podobne enzymy na podstawie zidentyfikowanych właściwości molekularnych i wybrać bardziej skuteczne," powiedział Men. "Również, jeśli możemy zaprojektować nowy enzym lub zmodyfikować znany enzym na podstawie mechanistycznego zrozumienia, moglibyśmy uczynić go bardziej skutecznym i zdolnym do pracy z szerszym zakresem cząsteczek PFAS."

W zeszłym roku Men opublikował pracę, w której zidentyfikował inne mikroorganizmy, które rozbijają wiązania między węglem a chlorem w chlorowanych związkach PFAS, co wywołuje znaczną spontaniczną defluorynację i niszczy tę grupę zanieczyszczeń. Najnowsze odkrycie znacznie rozszerza liczbę związków PFAS, które mogą być biologicznie zniszczone.

Ekonomiczna metoda oczyszczania wody
Wykorzystanie bakterii do leczenia wód gruntowych jest ekonomicznie opłacalne, ponieważ mikroorganizmy niszczą zanieczyszczenia, zanim woda dotrze do studni. Proces polega na wstrzykiwaniu wód gruntowych wybranymi gatunkami bakterii wraz z substancjami odżywczymi w celu zwiększenia ich liczby.

Ze względu na to, że związki PFAS są powiązane z rakiem i innymi problemami zdrowotnymi, amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) nałożyła w tym roku limity jakości wody, ograniczając niektóre wieczne chemikalia do zaledwie czterech części na bilion w wodzie z kranu, co zmusza dostawców wody do znalezienia rozwiązań do oczyszczania PFAS.

Związki PFAS są szeroko stosowane w tysiącach produktów konsumenckich od lat 40. XX wieku ze względu na ich zdolność do odporności na ciepło, wodę i lipidy. Przykłady produktów zawierających PFAS obejmują pianki gaśnicze, tłuszczoodporne papierowe opakowania i pojemniki, takie jak torby na popcorn do mikrofalówki, pudełka na pizzę i opakowania na słodycze; także środki odpychające plamy i wodę stosowane na dywanach, tapicerowanych meblach, odzieży i innych tkaninach, zgodnie z EPA.

Tytuł pracy to "Bifurkacyjne systemy elektronów i wypływu fluoru w gatunkach Acetobacterium napędzają defluorynację nasyconych perfluorowanych kwasów karboksylowych." Głównym autorem jest Yaochun Yu. Był on gościnnym badaczem i doktorantem na UCR, zanim w 2022 roku dołączył do Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Nauki i Technologii Wody (Eawag).

Oprócz Yu i Men, współautorami są Fengjun Xu, Weiyang Zhao, Calvin Thoma, Shun Che, Jack E. Richman, Bosen Jin, Yiwen Zhu, Yue Xing i Lawrence Wackett.

Źródło: UNIVERSITY OF CALIFORNIA