Nyopdaget bakterie fjerner problematiske par giftige grundvandsforureninger

Kendt som et kemisk fremstillingsbiprodukt af mange kosmetik- og rengøringsprodukter til hjemmet, det industrielle opløsningsmiddel 1, 4-Dioxane anses nu af Environmental Protection Agency for at være en "ny forurening" og "sandsynligt menneskeligt kræftfremkaldende stof", der kan findes på tusindvis af grundvandssteder nationalt - potentielt repræsenterer en miljøsaneringsudfordring på flere milliarder dollar.

Imidlertid, det er forureningens hyppige sameksistens med et andet giftigt kemikalie—1, 1-dichlorethylen (1, 1-DCE) - der har vist sig at hjælpe i 1, 4-dioxans resistens over for visse afhjælpningsstrategier, herunder nedbrydning af naturligt forekommende mikrober.

Nu, New Jersey Institute of Technology (NJIT) forskere har detaljeret opdagelsen af ​​den første kendte bakterie, der er i stand til samtidigt at nedbryde parret af kemiske forurenende stoffer—1, 4-dioxan og 1, 1-DCE. Studiet, udgivet i Miljøvidenskab og teknologibreve , viser også mikrobens effektivitet, kaldet Azoarcus sp. DD4 (DD4), ved at reducere 1, 4-dioxan og 1, 1-DCE niveauer i samforurenede grundvandsprøver.

"Landsdækkende, forskere har fundet ud af, at mere end 80 % af grundvandsområderne er forurenet med 1, 4-dioxan indeholder også 1, 1-DCE, " sagde Mengyan Li, adjunkt i kemi og miljøvidenskab ved NJIT. "Dette par kemikalier er giftige og dyre at fjerne fra miljøet, fordi parret har meget forskellige egenskaber, som typisk kræver separate behandlingsopløsninger. Bionedbrydning ved DD4 er den første biologiske metode, vi har fundet til at behandle begge forbindelser samtidigt, og det er også miljøvenligt og omkostningseffektivt."

Lis forskerhold opdagede oprindeligt DD4-mikroben fra prøver af aktiveret slam indsamlet fra et kommunalt spildevandsbehandlingsanlæg. I laboratoriet, Lis team var i stand til at isolere og analysere DD4's evne til at nedbryde 1, 4-dioxan og 1, 1-DCE samtidigt i forurenede grundvandsprøver over en to-ugers periode.

Påføring af mikroben på feltprøverne, Li's hold observerede, at koncentrationen på 1, 4-dioxan blev nedbrudt fra 10 dele pr. million (10 ppm) - eller 3, 000 gange grænsen for EPA's vejledende niveau på 0,35 dele pr. milliard (0,35 ppb) - til under 0,38 ppb. Laboratoriet fandt også 1, 1-DCE koncentrationsniveauer reduceret fra over 3 ppm til under 0,02 ppm.

Især DD4 udviste resistens over for cellulær toksicitet produceret af metabolitterne af 1, 1-DCE, som typisk hæmmer evnen hos andre bakterier, der er i stand til at nedbryde 1, 4-dioxan. Li's hold observerede, at selvom DD4 var delvist hæmmet i sin evne til at nedbryde 1, 4-dioxan, når for store mængder af 1, 1-DCE blev tilsat kunstigt i vandprøverne, 1, 4-dioxan-nedbrydningsevnen blev straks genvundet, når mikroben havde udtømt 1, 1-DCE.

"Samlet set, vi var imponerede over præstationen af ​​DD4, " sagde Li. "Vi tilsatte ikke næringsstoffer som ammoniak, som mikroben kunne spise af, eller andre facilitatorer, der kan øge bakteriens aktivitet. Dette viste os potentialet af denne bakterie til fremtidig brug i marken."

I en analyse af den genetiske sammensætning af DD4, Li's laboratorium identificerede et potentielt nøglegen relateret til mikrobens kemiske nedbrydningsaktivitet. Li siger, at genet koder for et enzym, kaldet opløselig di-jern monooxygenase (SDIMO), med alsidige muligheder for at nedbryde kemiske forurenende stoffer. "Vi ønsker at karakterisere det (dette enzym) yderligere for at se, om vi bedre kan lære den mekanisme, der ligger til grund for, hvordan DD4 nedbryder disse forurenende stoffer." sagde Li.

Sammen med DD4's 1, 1-DCE-modstand og evne til at nedbryde co-kontaminanterne samtidigt, Li siger, at bakterien besidder flere andre nøgletræk, der gør den befordrende som en potentiel bioremedieringsløsning på forurenede grundvandssteder - såsom dens evne til at sprede sig frit gennem vand for at afhjælpe større områder med forurening, snarere end at aggregere som andre bakterielle behandlinger. Mikroben kan også dyrkes hurtigt og kan opretholdes i længere perioder med begrænset næringskilde.

"Vi testede bakterien i normal køletemperatur over tre dage, og dens levedygtighed forblev over 80 %, " sagde Li. "Efter en uge, halvdelen var stadig i live. Dette gør det endnu mere ønskeligt, fordi det ville være i stand til at overleve leveringstiden fra laboratoriet til forurenede steder."

Li's laboratorium udfører nu yderligere test af bakterien i laboratoriet for bedre at forstå, hvordan DD4 kan præstere på steder med forurenet vand. Med gennemførlighedstests allerede i gang, Li siger, at hans team kunne begynde feltdemonstrationer af DD4 som en vandbehandlingsløsning for 1, 4-dioxan og 1, 1-DCE forureningssteder allerede næste år.

"Ideelt set vi kan injicere bakterierne i midten af ​​en forureningszone, eller prøv at dyrke dem på overfladen af ​​biobarrierer, der hjælper med at stoppe spredning af forurening, " sagde Li. "Først, vi vil gerne lave flere tests og muligvis udvikle en genmarkør, der hjælper os med at vurdere bakteriernes ydeevne. Derefter, vi vil gerne bevæge os ud i marken."