Inżynierowie z UC Riverside jako pierwsi zgłosili selektywny rozkład szczególnie upartej klasy PFAS zwanych fluorowanymi kwasami karboksylowymi (FCA) przez powszechne mikroorganizmy.
W warunkach beztlenowych wiązanie podwójne węgiel-węgiel ma kluczowe znaczenie dla rozbicia ultrasilnego wiązania węgiel-fluor przez społeczności drobnoustrojów. Chociaż zerwanie wiązania węgiel-węgiel nie powoduje całkowitej degradacji cząsteczki, powstałe produkty można przekazać innym mikroorganizmom w celu odfluorowania w warunkach tlenowych.
Osiągnięcie opiera się na wcześniejszych pracach tych samych naukowców, którzy jako pierwsi donieśli o udanej defluoracji mikrobiologicznej w pełni fluorowanej struktury PFAS poprzez zastąpienie wiązań węgiel-fluor wiązaniami węgiel-wodór.
Substancje per- i polifluoroalkilowe, czyli PFAS, to grupa ponad 9000 chemikaliów wykorzystywanych w niezliczonych procesach przemysłowych i produktach komercyjnych od lat 40. XX wieku. W rezultacie PFAS znalazły się w obiegu wody i obecnie znajdują się w praktycznie każdym źródle wody. Te chemikalia zawierają wiązanie między atomami fluoru i węgla, które jest najsilniejszym znanym pojedynczym wiązaniem, dzięki czemu PFAS nie ulega biodegradacji i jest odporny na konwencjonalne metody uzdatniania wody. Trafiają do tkanek organizmów, w tym ludzi, gdzie wiązano je z niektórymi rodzajami raka, problemami z tarczycą i wątrobą oraz prawdopodobnie z innymi, wciąż słabo poznanymi, problemami zdrowotnymi.
We wcześniejszej pracy Yujie Men, adiunkt inżynierii chemicznej i środowiskowej, i jej koledzy opisali wykorzystanie beztlenowych społeczności mikroorganizmów często wykorzystywanych do odchlorowania w celu degradacji dwóch określonych PFAS, w tym jednej w pełni fluorowanej lub perfluorowanej struktury.
Nowy artykuł idzie o krok dalej w tych badaniach, pokazując, że punktem wejścia mikrobów beztlenowych jest podwójne wiązanie między atomami węgla znajdującymi się obok grupy karboksylowej cząsteczek FCA. Rozgałęzienia trifluorometylowe na podwójnym wiązaniu mogą dodatkowo zwiększyć biodegradowalność.
Drobnoustroje zdolne do tego typu defluoryzacji nie są rzadkie. Wykorzystując osad czynny – zbiorowiska drobnoustrojów powszechnie stosowane w oczyszczalniach ścieków do rozkładania i usuwania materii organicznej – oraz warunki beztlenowe, naukowcy z powodzeniem powtórzyli swój wcześniejszy eksperyment z bardziej podobnymi strukturalnie PFAS.
„Obecnie biokatalizatory, które mogą odfluorować związki perfluorowane, takie jak PFOA, są bardzo rzadkie. Nadal niewiele wiemy o tym, które drobnoustroje lub enzymy mogą ogólnie odfluorować PFAS” – powiedział Men. „Nasza praca jest w czołówce wyszukiwania tych informacji”.
Nawet gdy naukowcy opracowują sposoby na zerwanie początkowego wiązania węgiel-fluor w związkach perfluorowanych, ich praca nie jest wykonywana, ponieważ cząsteczki prawdopodobnie rozkładają się na inne cząsteczki, które również mogą być szkodliwe. Pomyślna rekultywacja środowisk skażonych PFAS wymaga początkowego rozpadu cząsteczki macierzystej PFAS, a następnie całkowitej degradacji cząsteczek wtórnych.
Jedno z ostatnich badań przeprowadzonych przez grupę Men wykazało, że społeczności osadu czynnego były w stanie całkowicie zdegradować drugorzędową cząsteczkę z chemicznej degradacji jednego typu perfluorowanych substancji chemicznych w procesie znanym jako kometabolizm. Ich nowe badanie sugeruje ponadto, że po prostu dzięki współpracy między różnymi grupami drobnoustrojów, takimi jak bakterie beztlenowe i tlenowe, można osiągnąć głębszą defluorację niektórych perfluorowanych chemikaliów.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Kalifornijski – Riverside. Oryginał napisany przez Holly Ober. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.