Under anaerobe forhold kan almindelige mikrobielle samfund bryde den ultra-stærke kulstof-fluor-binding

Ingeniører ved University of California Riverside er de første til at rapportere selektiv nedbrydning af en særlig genstridig klasse af PFAS, kaldet fluorerede carboxylsyrer (FCA), af almindelige mikroorganismer.

Under anaerobe forhold er en carbon-carbon-dobbeltbinding afgørende for mikrobielle samfunds splintring af den ultra-stærke carbon-fluor-binding. Mens brydning af carbon-carbon-bindingen ikke nedbryder molekylet fuldstændigt, kan de resulterende produkter videresendes til andre mikroorganismer til defluorering under aerobe forhold.

Præstationen bygger på tidligere arbejde fra de samme forskere, som var de første til at rapportere vellykket mikrobiel defluorering af en fuldt fluoreret PFAS-struktur ved at erstatte carbon-fluor-bindinger med carbon-hydrogen-bindinger.

Per- og polyfluoralkylstoffer, eller PFAS, er en gruppe på over 9.000 kemikalier, der er brugt i utallige industrielle processer og kommercielle produkter siden 1940'erne. Som følge heraf har PFAS fundet vej ind i vandkredsløbet og findes nu i stort set alle vandkilder. Disse kemikalier indeholder en binding mellem fluor og kulstofatomer, der er den stærkeste kendte enkeltbinding, hvilket gør PFAS ikke-bionedbrydeligt og modstandsdygtigt over for konventionelle vandbehandlingsmetoder. De ender i organismers væv, herunder mennesker, hvor de er blevet forbundet med nogle typer kræft, skjoldbruskkirtel- og leverproblemer og sandsynligvis andre sundhedsproblemer, som stadig er dårligt forstået.

I et tidligere papir rapporterede Yujie Men, en assisterende professor i kemi- og miljøteknik, og hendes kolleger, at de brugte anaerobe mikrobielle samfund, der ofte bruges til deklorering for at nedbryde to specifikke PFAS, herunder en fuldt fluoreret (perfluoreret) struktur.

Det nye papir tager denne forskning et skridt videre ved at vise, at indgangspunktet for de anaerobe mikrober var en dobbeltbinding mellem carbonatomer placeret ved siden af ​​carboxylgruppen i FCA-molekylerne. Trifluormethyl-grene på dobbeltbindingen kunne yderligere forbedre bionedbrydeligheden.

Mikrober, der er i stand til at udføre denne type defluorering, er ikke sjældne. Ved at bruge aktiveret slam - mikrobielle samfund, der almindeligvis anvendes i spildevandsbehandlingsanlæg til at nedbryde og fjerne organisk materiale - og en anaerob tilstand, gentog forskerne med succes deres tidligere eksperiment med mere strukturelt lignende PFAS.

"I øjeblikket er biokatalysatorer, der kan udføre defluorering af perfluorerede forbindelser som PFOA, meget sjældne. Vi ved stadig meget lidt om, hvilke mikrober eller enzymer der generelt kan udføre defluorering af PFAS og hvordan," sagde Men. "Vores arbejde er på forkant med at finde denne information."

Selv når videnskabsmænd finder ud af måder at bryde den oprindelige kulstof-fluorbinding i perfluorerede forbindelser, er deres arbejde ikke gjort, fordi molekylerne sandsynligvis er opdelt i andre molekyler, der også kan være skadelige. Vellykket afhjælpning af PFAS-kontaminerede miljøer kræver indledende nedbrydning af PFAS-modermolekylet, efterfulgt af fuldstændig nedbrydning af de sekundære molekyler.

En nylig undersøgelse foretaget af Men-gruppen viste, at aktiverede slamsamfund var i stand til fuldstændigt at nedbryde det sekundære molekyle fra kemisk nedbrydning af én type perfluorerede kemikalier via en proces kendt som cometabolisme. Deres nye undersøgelse antyder endvidere, at blot gennem samarbejdet mellem forskellige mikrobielle grupper, såsom anaerobe og aerobe bakterier, kan der også opnås dybere defluorering for visse perfluorerede kemikalier. + Udforsk yderligere

PFAS-kemikalier holder ikke evigt