Mikroben tygger gennem PFAS og andre hårde forurenende stoffer

I en række laboratorietests, en relativt almindelig jordbakterie har demonstreret sin evne til at nedbryde den svære at fjerne klasse af forurenende stoffer kaldet PFAS, sagde forskere ved Princeton University.

Bakterien, Acidimicrobium bakterie A6, fjernede 60 % af PFAS _specifikt perfluoroctansyre (PFOA) og perfluoroctansulfonat (PFOS) _ i laboratoriehætteglas over 100 dages observation, rapporterede forskerne i en artikel i tidsskriftet den 18. september Miljøvidenskab og -teknologi . På grund af deres sundhedsmæssige bekymringer og allestedsnærværende, EPA har for nylig åbnet en forskningsindsats i kemikaliepåvirkningen i drikkevand. Peter Jaffe, ledende forsker og professor i civil- og miljøteknik ved Princeton, sagde, at forskerne var meget opmuntrede til at se disse bakterier væsentligt nedbryde den berømte genstridige klasse af kemikalier, men advarede om, at der skulle mere arbejde til, før de nåede frem til en brugbar behandling.

"Dette er et proof of concept, " sagde Jaffe, William L. Knapp '47 professor i bygningsteknik. "Vi vil gerne have fjernelsen højere, og så gå og test det i marken."

PFAS (Per- og polyfluoralkylsubstanser) har været meget brugt i produkter fra non-stick pander til brandslukningsskum, og Environmental Protection Agency har sagt, at der er bevis for, at eksponering for PFAS er skadelig for menneskers sundhed. På grund af dette, Amerikanske producenter har udfaset flere versioner af PFAS i deres produkter. Men stoffet er langtidsholdbart og ekstremt svært at fjerne fra jord og grundvand. I de seneste år, lokale regeringer har søgt måder at reducere mængden af ​​PFAS i vandforsyninger.

På grund af styrken af ​​carbon-fluorbindingen, disse kemikalier er ekstremt vanskelige at fjerne med konventionelle metoder. Men Jaffe og medforsker, Shan Huang, en associeret forsker ved Princeton, mistænkt for, at Acidimicrobium A6 kunne være et effektivt middel.

Forskerne begyndte først at arbejde med bakterierne for flere år siden, da de undersøgte et fænomen, hvor ammonium nedbrydes i surt, jernrig jord i New Jersey vådområder og lignende steder. Fordi fjernelse af ammonium er en kritisk del af spildevandsrensning, forskerne ønskede at forstå, hvad der lå bag processen, kaldet Feammox. I deres indledende forskning i 2013, Jaffe og andre forskere fjernede jordprøver fra Assunpink-vådområdet uden for Trenton. De dyrkede prøverne i laboratoriet med et øje for at identificere de mikroorganismer, der er ansvarlige for Feammox-processen. Forskerne fandt ud af, at Feammox-reaktionen fandt sted i nærværelse af Acidimicrobium A6, men det krævede flere års omhyggeligt arbejde at isolere denne organisme og dyrke den som en ren kultur.

En udfordring i arbejdet med Acidimicrobium A6 er bakteriens efterspørgsel efter jern både for at vokse og fjerne forbindelser som ammonium. Jaffe, sammen med kandidatstuderende Weitao Shuai og Melany Ruiz, nu post-doc forsker ved Rutgers, fastslog, at de kunne erstatte jernet i laboratoriereaktorer med en elektrisk anode. Dette gjorde det muligt for forskerne lettere at dyrke disse bakterier og arbejde med dem; det præsenterede også en mulig måde at udvikle reaktorer til sanering i fravær af jern.

Da de sekventerede Acidimicrobium A6-genomet, forskerne bemærkede visse egenskaber, der åbnede muligheden for, at bakterien kunne være effektiv til at fjerne PFAS.

"Vi vidste, at dette var en stor miljømæssig udfordring, at finde en organisme, der kunne nedbryde disse perfluorerede organiske stoffer, " sagde Jaffe.

For at teste deres hypotese, forskerne forseglede prøver af Acidimicrobium A6 i laboratoriebeholdere og testede derefter bakteriernes evne til at nedbryde forbindelserne i laboratoriereaktorer.

Efter 100 dage, forskerne stoppede testen og konstaterede, at bakterierne havde fjernet 60 procent af forureningen og frigivet en tilsvarende mængde fluor i processen. Jaffe sagde, at perioden på 100 dage var en vilkårlig længde valgt til eksperimentet, og at længere inkubationer kan resultere i mere PFAS-fjernelse. Forskerne planlægger også at variere forholdene i reaktoren for at finde de optimale betingelser for PFAS-fjernelse.

Acidimicrobium A6 trives under iltfattige forhold, hvilket gør det særligt effektivt til jord- og grundvandsoprensning og gør det muligt at fungere uden dyr luftning. Imidlertid, disse bakterier kræver også jern og sure jordbundsforhold. Jaffe sagde, at dette kunne begrænse deres implementering, men justering af jordbundsforholdene kan også gøre det muligt for bakterierne at fungere i områder, der ikke naturligt opfylder disse krav. Bemærk tidligere arbejde med ammoniumreduktion med acidimicrobium A6 i jordsøjler, anlagte vådområder, og de elektrokemiske reaktorer, Jaffe sagde, at forskerne mener, at dette også kunne gøres til PFAS-sanering.

Jaffe sagde, at forskerne også arbejder sammen med Mohammad R. Seyedsayamdost, en lektor i kemi, og kolleger i kemiafdelingen for bedre at forstå de enzymer, der er involveret i defluoreringsprocessen. Karakterisering af disse enzymer kunne give indsigt, der øger effektiviteten i udbedring.