Обнаружены бактерии, которые навсегда поедают химические вещества 

В стремлении убрать «навсегда» из «вечных химикатов» бактерии могут стать нашими союзниками. Большинство мер по очистке от пер- и полифторалкильных веществ (PFAS) включают их адсорбцию и улавливание, но некоторые микробы могут фактически разрушить прочные химические связи, которые позволяют этим химикатам так долго сохраняться в окружающей среде.

Теперь группа ученых под руководством Университета Буффало выявила штамм бактерий, который может расщеплять и преобразовывать по меньшей мере три типа ПФАС и, что, возможно, даже более важно, некоторые токсичные побочные продукты процесса разрыва связей.

Опубликованное в выпуске журнала Science of the Total Environment исследование группы показало, что Labrys portucalensis F11 (F11) метаболизировал более 90% перфтороктановой сульфоновой кислоты (ПФОС) после периода воздействия в 100 дней. ПФОС является одним из наиболее часто обнаруживаемых и стойких типов ПФОС и в прошлом году был признан опасным Агентством по охране окружающей среды США.

Бактерии F11 также через 100 дней расщепили значительную часть двух дополнительных типов ПФАС: 58% фтортеломерной карбоновой кислоты 5:3 и 21% фтортеломерного сульфоната 6:2.

«Связь между атомами углерода и фтора в ПФАС очень прочная, поэтому большинство микробов не могут использовать его в качестве источника энергии. Бактериальный штамм F11 развил способность отщеплять фтор и поедать углерод», — говорит соавтор исследования Диана Ага, заслуженный профессор SUNY и заведующая кафедрой Генри М. Вудберна на кафедре химии в Колледже искусств и наук UB, а также директор Института UB RENEW.

В отличие от многих предыдущих исследований бактерий, разрушающих ПФАС, исследование Ага учитывало продукты распада с более короткой цепью — или метаболиты. В некоторых случаях F11 даже удалял фтор из этих метаболитов или разлагал их до мельчайших, неопределяемых уровней.

«Во многих предыдущих исследованиях сообщалось только о распаде ПФАС, но не об образовании метаболитов. Мы не только учли побочные продукты ПФАС, но и обнаружили, что некоторые из них продолжали дальше расщепляться бактериями», — говорит соавтор исследования Миндула Виджаяхена из лаборатории Аги.

ПФАС — это группа вездесущих химикатов, которые с 1950-х годов широко используются во всем: от антипригарных сковородок до средств пожаротушения.

Они далеко не являются предпочтительной пищей для какой-либо бактерии, но некоторые из них, живущие в загрязненной почве, мутировали и теперь способны расщеплять органические загрязнители, такие как ПФАС, чтобы использовать их углерод в качестве источника энергии.

«Если бактерии выживают в суровой, загрязненной среде, то, вероятно, это потому, что они приспособились использовать окружающие химические загрязнители в качестве источника пищи, чтобы не голодать», — говорит Ага. «В ходе эволюции некоторые бактерии могут выработать эффективные механизмы использования химических загрязнителей для содействия своему росту».

Бактериальный штамм F11, использованный в этом исследовании, был выделен из почвы загрязненного промышленного участка в Португалии и ранее продемонстрировал способность удалять фтор из фармацевтических загрязнителей. Однако он никогда не тестировался на ПФАС.

Сотрудники из Католического университета Португалии поместили F11 в герметичные колбы без источника углерода, кроме 10 000 микрограммов на литр ПФАС. После инкубационных периодов от 100 до 194 дней образцы были отправлены в UB, где анализ показал, что F11 разложил часть ПФАС.

Повышенные уровни фторид-ионов, обнаруженные в этих образцах, указывают на то, что F11 отщепил атомы фтора от ПФАС, чтобы бактерии могли метаболизировать атомы углерода.

«Связь углерод-фтор делает ПФАС таким трудным для расщепления, поэтому их расщепление является критически важным шагом. Важно то, что F11 не только измельчал ПФАС на более мелкие части, но и удалял фтор из этих более мелких частей», — говорит Виджаяхена.

Некоторые из оставшихся метаболитов все еще содержали фтор, но после воздействия ПФОС в течение 194 дней F11 даже удалил фтор из трех метаболитов ПФОС.

«В качестве предостережения следует отметить, что в этих образцах могут присутствовать и другие метаболиты, настолько малые, что их невозможно обнаружить с помощью современных методов», — говорит Ага.

Хотя исследователи из UB говорят, что их исследование является хорошим началом, они предупреждают, что F11 потребовалось 100 дней, чтобы биоразложить значительную часть поставленного ПФАС, а других источников углерода, доступных для потребления, не было.

Теперь команда планирует изучить, как побудить F11 потреблять ПФАС быстрее, даже если есть конкурирующие варианты энергии, которые могли бы ускорить их темпы роста.

«Мы хотим исследовать влияние размещения альтернативных источников углерода рядом с PFAS. Однако, если этот источник углерода слишком обилен и легко разлагается, бактериям, возможно, вообще не понадобится прикасаться к PFAS», — говорит Ага. «Нам нужно дать колониям F11 достаточно пищи для роста, но не так много пищи, чтобы они потеряли стимул преобразовывать PFAS в пригодный для использования источник энергии».

В конечном итоге F11 может быть использован в воде и почве, загрязненных ПФАС. Это может включать создание условий для выращивания штамма в активированном иле на очистных сооружениях или даже введение бактерий непосредственно в почву или грунтовые воды загрязненного участка, процесс, называемый биоаугментацией.

«В системах с активированным илом сточных вод можно ускорить удаление нежелательных соединений, добавив определенный штамм к существующему бактериальному консорциуму на очистных сооружениях», — говорит Ага. «Биоаугментация — многообещающий метод, который еще не был изучен для очистки окружающей среды от ПФАС».