Probiotika hjælper poppeltræer med at rense toksiner på Superfund-websteder

Træer har evnen til at opfange og fjerne forurenende stoffer fra jorden og nedbryde dem gennem naturlige processer i planten. Det er en bedrift, som naturvirksomheder har brugt til at hjælpe med at rydde op for forurenede steder, dog kun i mindre projekter. Nu, en probiotisk bakterie til træer kan øge hastigheden og effektiviteten af ​​denne naturlige cyklus, at give en mikrobiel partner til at hjælpe med at beskytte træer mod de giftige virkninger af de forurenende stoffer og nedbryde de giftstoffer, planter tilfører fra forurenet grundvand.

Forskere fra University of Washington og flere små virksomheder har udført det første storstilede eksperiment på et Superfund-sted med poppeltræer beriget med en probiotisk – eller naturlig mikrobe – for at rense grundvand forurenet med trichlorethylen (TCE), et almindeligt forurenende stof, der findes i industriområder, og som er skadeligt for mennesker, når det indtages gennem vand eller indåndes fra luften. Deres resultater blev offentliggjort i den endelige version 11. august i tidsskriftet Miljøvidenskab og -teknologi .

Det vellykkede feltforsøg kunne være en game changer til hurtigt og effektivt at rydde op i Superfund-websteder rundt om i landet og forurenede websteder i udlandet, der har høje niveauer af TCE, siger forfatterne.

"Disse resultater åbner døren, " sagde den tilsvarende forfatter Sharon Doty, en UW professor ved School of Environmental and Forest Sciences. "Vi har kendt til denne proces i lang tid fra vores laboratorieforskning, men det er ikke blevet brugt i praksis, fordi der ikke var nogen feltresultater. Nu, ingeniørvirksomheder kan begynde at bruge dette i det virkelige liv."

Forurenede steder, der indeholder TCE og andre forurenende stoffer, kan være dyrt at rydde op, når man bruger tekniske metoder som udgravning eller pumpning af toksiner fra undergrunden. Som resultat, mange steder sidder ubehandlet. Denne nye metode gør det muligt at håndtere forurenede områder mere effektivt, ofte til lavere omkostninger, fremme menneskers sundhed.

Dotys laboratorium arbejdede på at finde den bedste mikrobestamme, der effektivt kunne nedbryde TCE og øge trævæksten. Jun Won Kang, en tidligere UW kandidatstuderende, havde fået poppeltræ fra et sted i Midtvesten, hvor der allerede voksede træer i TCE-forurenet jord. Efter at have kværnet små prøver af træerne og isoleret over hundrede forskellige mikrober, hver stamme blev derefter anbragt i en kolbe indeholdende høje niveauer af TCE.

Mikroben, der i sidste ende blev udvalgt, eliminerede næsten al TCE i sin kolbe. Forskerne havde en klar vinder." Poppelen på det ældre sted i Midtvesten udvalgte de bedste mikrober til at hjælpe den med at udføre sit arbejde, " Forklarede Doty. "Vi udnyttede den naturlige udvælgelsesproces. Vi skulle bare finde de bedste, som planten allerede har valgt."

Det forurenende stof TCE er blevet brugt i vid udstrækning som affedtningsmiddel og opløsningsmiddel på industrielle produktionssteder over hele landet. U.S. Environmental Protection Agency nævner TCE som en af ​​de mest almindelige forurenende stoffer i jord eller vand, og det er til stede i mere end 1, 000 websteder opstiller styrelsen som prioriteter for oprydning. TCE er et kendt kræftfremkaldende stof for mennesker, påvirker leveren og endda overfører toksinet til ammende babyer gennem mødres modermælk.

I betragtning af udbredelsen og toksiciteten af ​​TCE, forskerne brugte kemikaliet til at teste evnen hos poppeltræer infunderet med mikrober til at rense grundvandet i Middlefield-Ellis-Whisman Superfunds forskningsområde i Californiens Silicon Valley, efter at det efterfølgende var strømmet ind i NASA Research Park ved NASAs Ames Research Center. Hos NASA Ames, i koordination med NASA Ames' miljøafdeling, forskerne plantede rækker af unge poppeltræer - nogle podet med den specifikke mikrobe, og andre uden - på en mark over en kendt grundvandsfane forurenet med TCE.

Efter kun et år, træerne, der fik mikroben, var større og sundere end poplerne uden nogen særlig behandling. Efter tre år, de podede træer var stadig mere robuste, og en prøve af træstammer afslørede stærkt reducerede niveauer af TCE inde i træerne.

Når træer optager og nedbryder kemikalier, kaldet phytoremediation, det går ofte på bekostning af deres eget helbred. Dette viser sig som hæmmet vækst, gule blade, visnende brune blade og grene, og nogle gange død, da forurening hæmmer træets evne til at overleve. Men når mikroben, der er udvalgt specifikt til at håndtere dette toksin, introduceres, træerne ødelagde TCE - og oplevede mere robust vækst og øgede overlevelsesrater, klare fordele ved probiotika.

"Det egentlige mål er at forsøge at forbedre ydeevnen, " sagde medforfatter Michael Blaylock, præsident og CEO for Edenspace Systems Corporation i Virginia. "Hvis vi har noget, der fremskynder og forbedrer ydeevnen og gør det, så træerne kan vokse bedre, det er virkelig, hvad vi forsøgte at opnå med dette projekt."

Derudover forskerne fandt ud af, at grundvandsprøver taget direkte nedstrøms fra teststedet viste meget lavere niveauer af toksinet, sammenlignet med højere niveauer op-gradient fra testområdet. De fandt også tegn på øget klorid i jorden omkring poppelrødderne, en harmløs, naturligt forekommende grundstof og biprodukt af TCE, da det nedbrydes af bakterierne inde i træer.

En række organisationer har udtrykt interesse for at bruge denne teknologi, sagde medforfatter John Freeman, Chief science officer for Intrinsyx Technologies Corporation baseret på NASA's Research Park. Og grundejere, der er hæmmet af de høje omkostninger forbundet med traditionelle oprydningsmetoder, begynder at bruge teknologien.

"Dette har potentialet til at gøre en enorm indvirkning på mange gamle steder, hvor du har problemer med forurenet grundvand, inklusive TCE, og hvor finansieringen i øjeblikket er mindre tilgængelig, " sagde Freeman. "Dette er bestemt en stor omkostningsbesparelse for alle involverede. Det er en rigtig win-win situation, fordi den er grøn, det er langsigtet bæredygtigt, offentligt acceptabelt, og det er soldrevet af træerne selv."