Kemisk festende bakterier fjerner sandsynligt kræftfremkaldende stof fra forurenet vand

Selvom det ikke fremgår af de fleste produktingrediensetiketter, den organiske kemiske stabilisator og fremstillingsbiprodukt, 1, 4-dioxan, kan findes i utallige daglige husholdningsartikler – lige fra shampoo og kosmetik til vaskemidler og frostvæske.

Dels på grund af dens udbredte anvendelse gennem mange årtier, kemikaliet er nu blevet impliceret af Environmental Protection Agency (EPA) som en "ny forurening til bekymring" på grundvands- og drikkevandssteder i hele USA, uden nogen effektiv metode til at fjerne det endnu.

Nu, forskere ved New Jersey Institute of Technology (NJIT) har afsløret et sjældent enzym i bakterier med evnen til at nedbryde det "sandsynlige menneskelige kræftfremkaldende stof" og vandforurenende stof, 1, 4-dioxan.

Forskere siger, at opdagelsen kan hjælpe med at føre til mere effektive midler til behandling af vand, der er forurenet med dette meget opløselige kemikalie, kendt for sin modstandsdygtighed over for konventionel vandrensnings- og behandlingsindsats.

Forskningen er omtalt i tidsskriftet American Chemical Society Miljøvidenskab og teknologibreve .

"Mange produkter, vi bruger hver dag, bruger en blanding af mere end 100 kemikalier, og vi er ikke klar over, at nogle af dem indeholder spor af 1, 4-dioxan, der skylles ned i vores afløb og frigives til miljøet, " sagde Dr. Mengyan Li, adjunkt i kemi og miljøvidenskab ved NJIT. "En engangseksponering er ikke ekstremt giftig, men forurening i drikkevand kan have en kronisk effekt, der øger kræftrisikoen.

"Det, vi laver, er at studere mikrober, der faktisk forbruger denne forurening som deres mad, " Li forklarede. "Vi håber, at denne forskning kan tiltrække offentlig opmærksomhed på ideen om, at bakterier kan være meget effektive til at fjerne forurenende stoffer som 1, 4-dioxan fra miljøet eller via konstruerede spillesteder."

I deres undersøgelse, Li og NJIT forskerkolleger Daiyong Deng og Fei Li analyserede et nøgleenzym forbundet med de usædvanlige metaboliske evner hos Mycobacterium dioxanotrophicus PH-06 - en mikrobe, der er i stand til at spise 1, 4-dioxan som dens primære energikilde.

Lis laboratorium var i stand til at identificere og karakterisere den kritiske rolle af et enzym, propan monooxygenase, som fører an i nedbrydning 1, 4-dioxans stabile cirkulære struktur, så det kan omdannes til brændstof for bakterierne.

"Hvad gør 1, 4-dioxan er så stabil og svær at nedbryde, at den har en cirkulær struktur, " sagde Li. "Det, dette bakterielle enzym gør, er den sværeste opgave ... det begynder at adskille denne cirkulære struktur og bryde den fra hinanden, så den lettere kan nedbrydes af andre enzymer.

"Man kunne tænke på dette enzym som leder af angrebet på en hær, der belejrer en stærkt beskyttet fæstning, " tilføjede Li. "Det er på frontlinjen, der gør gennembruddet, så forstærkningerne kan være med."

1, 4-Dioxane Hot Spots til forbrug

Siden 1950'erne, 1, 4-dioxan har i vid udstrækning været kendt som en stabilisator for chlorerede opløsningsmidler eller et fremstillingsbiprodukt af papirmasse, tekstiler, elektronik og andre produkter. Imidlertid, i 2016 omfattede EPA 1, 4-dioxan på sin indledende liste over 10 kemiske stoffer, der er planlagt til risikoevaluering af mennesker og miljø under Toxic Substances Control Act-reformer vedtaget af Obama-administrationen.

Ifølge vandkvalitetstestdata fra lokale forsyningsselskaber i hele USA mellem 2010 og 2015, 7 millioner mennesker i 27 stater betjenes af offentlige vandsystemer med en højere 1, 4-dioxan-koncentration i deres drikkevand end 0,35 dele-per-milliard (ppb) - et koncentrationsniveau, der kan øge kræftrisikoen marginalt. Ifølge EPA, 0,35 ppb er et referencekoncentrationsniveau, der repræsenterer en 1-i-1, 000, 000 livstidsrisiko for kræft. Ved 35 ppb, risikoen stiger til 1 ud af 10, 000.

"1, 4-dioxan er blandbar med vand, og det er det, der gør det til et problem, " forklarede Li. "Mange organiske forurenende stoffer er ikke helt vandopløselige, så de bevarer et bestemt forureningsområde og spreder sig ikke. I modsætning, 1, 4-dioxan er ekstremt opløseligt, så det vil migrere...det kan bevæge sig overalt."

Flere nationale hot spots for for høje niveauer på 1, 4-dioxan i drikkevand er for nylig dukket op, især i befolkede regioner som Long Island, N.Y., med områder i Nassau County, der når landets højeste koncentrationsniveauer på 12 ppb. Embedsmænd i New York State Department of Health har anslået, at de indledende statsoprydningsomkostninger kan løbe op til 2,5 milliarder dollars.

"I vores egen undersøgelse af New Jerseys Hackensack River, vi fandt hot spots med en høj koncentration på over 5 ppb, som er mindst 10 gange højere end EPA's vejledningsniveau, " sagde Li. "Men dette er ikke kun et problem i Long Island og New Jersey ... det kan være et problem globalt, fordi alle bruger produkter som shampoo og rengøringsmidler næsten hver dag."

Ifølge de seneste data om miljøudslip fra EPA's Toxics Release Inventory, cirka 675, 000 pund af 1, 4-dioxan blev frigivet til miljøet i 2015.

Sammen med stigningen i det kemikalie, der frigives til miljøet, estimerede oprydningsomkostninger på hot-spot-steder som Long Island er også steget i en sådan grad på grund af mangel på omkostningseffektive og miljøsikre metoder til at behandle problemet.

Li siger nogle afhjælpningstilgange, såsom behandling med oxiderende kemikalier, kan være for dyrt og er ikke kendt for at være miljøvenlige. Andre indsatser, der anvender absorbenter til at fange vandforurenende stoffer, kræver typisk yderligere behandling for at forhindre problemer med jordbortskaffelse, hvor det koncentrerede kemikalie frigives tilbage til miljøet.

"Vi mener, at den bedste vej frem er at få mikroberne til at spise 1, 4-dioxan, " sagde Li. "De fjerner naturligt denne forurening ved at omdanne den til deres biomasse og til kuldioxid. Når du tackler store miljøproblemer som 1, 4-dioxan forurening, det er bedre at have en bæredygtig løsning."

Li's laboratorium søger nu at udvikle nye tilgange til at overvåge og accelerere ydeevnen af ​​det nyopdagede bakterielle enzym. Holdet undersøger også måder at opskalere anvendelsen af ​​1, 4-dioxanforbrugende bakterier til markbrug. Med mere undersøgelse, Li's laboratorium håber snart at demonstrere gennemførligheden af ​​mikrobe-baseret 1, 4-dioxan-saneringsindsats uden for laboratoriet.

"Der er adskillige miljøfaktorer, der kan påvirke mikrobernes ydeevne, hvis du blot injicerer disse kulturer direkte på steder med kontaminering, så det skal vi studere nærmere, " sagde Li. "Men drikkevandsfaciliteter kan muligvis bruge tillægsfaciliteter som bioreaktorer eller biologisk aktive filtre, hvor vandet passerer gennem systemet, og bakterierne indeni forbruger 1, 4-dioxan, så udledningen er rent vand. Det kunne være en behandling vi anvender, og jeg tror på, at vi når dertil."