Определённые бактерии могут разрушать прочные связи, которые обеспечивают длительный срок хранения «вечных химикатов», и это намекает на потенциальные недорогие методы «лечения», которые могли бы очистить воду от вызывающего беспокойство ПФАС.
ПФАС, или перфторалкильные и полифторалкильные соединения, представляют собой искусственные соединения, содержащиеся во многих продуктах. Они содержат прочные химические связи, которые нелегко разрушать, что затрудняет их удаление из нашего тела и окружающей среды.
ПФАС связаны с различными последствиями для здоровья, и в апреле этого года Агентство по охране окружающей среды США установило ограничения на концентрацию шести распространённых ПФАС в питьевой воде. Этот шаг подчеркнул необходимость эффективных способов очистки загрязнённых вод.
Теперь в исследовании, опубликованном 17 июля в журнале Science Advances, учёные впервые сообщили, что четыре вида Acetobacterium могут разрушать связи в некоторых ПФАС. Сюда входят ненасыщенные ПФАС, химическая структура которых облегчает их разложение по сравнению с так называемыми насыщенными PFAS. Примеры этих химикатов включают PFMeUPA и FTMeUPA, которые ещё не регулируются Агентством по охране окружающей среды.
«Разложение ПФАС с помощью микробов — одна из самых востребованных технологий в очистке сточных вод и управлении отходами», — рассказал Live Science Нирупам Айх (Nirupam Aich), доцент кафедры инженерных наук Университета Небраски-Линкольн, не принимавший участия в исследовании.
Уже существуют некоторые эффективные подходы по работе с ПФАС, включая фильтрацию и термическую обработку. Однако использование биологических подходов с участием бактерий может иметь уникальные преимущества. По мнению авторов исследования, этот подход может быть недорогим и легко вводиться в грунтовые воды под поверхностью Земли, где многие существующие методы так называемого «лечения» сложно применить. Стоит отметить, что подземные воды обеспечивают около трети питьевой воды в США.
Микробы, выявленные в новом исследовании, разрушают связи углерод-фтор в некоторых ненасыщенных ПФАС. Этот процесс, известный как дефторирование, осуществляется ферментами, которые расщепляют химические связи, высвобождая при этом атомы фторида. Эти атомы обычно убивают бактерии. Но исследователи обнаружили, что виды Acetobacterium имеют специализированные каналы, которые выкачивают фторид из клеток в окружающую среду, что позволяет бактериям выжить.
Это может быть частью защитного механизма, который бактерии развили для детоксикации соединений, которые в противном случае убили бы их, рассказала Live Science старший автор исследования Юджи Мен (Yujie Men), доцент кафедры химической и экологической инженерии Калифорнийского университета (Калифорния) в Риверсайде.
Выявив дефторирующие ферменты, команда изучила геномные базы данных, чтобы выяснить, есть ли у других Acetobacterium такие же ферменты и насосы. Они выявили дефторирующие Acetobacterium в пробах сточных вод из Северной Америки, Европы и некоторых частей Африки и Азии. Дополнительные подсказки указывают на то, что их также можно найти в почве и грунтовых водах, отметили авторы исследования. По словам Мен, виды Acetobacterium обычно встречаются в сточных водах, но о них и их дефторирующих ферментах мало что известно.
В предыдущей работе Мен и её коллеги выявили другие бактерии, которые могут разрушать связи углерод-хлор, обнаруженные в некоторых ПФАС, вызывая реакцию, которая дехлорирует, а затем уничтожает навсегда химические вещества. Недавнее открытие учёных увеличивает число известных соединений ПФАС, которые могут разлагаться микробами.
По словам Мен, это направление исследований может помочь в поиске большего количества бактерий, разлагающих ПФАС, что приведёт к открытию новых ферментов и разработке биотехнологий, ускоряющих эти естественные процессы.
По словам Айха, под микробным разложением ПФАС обычно подразумевается использование микробов при очистке сточных вод для разложения ПФАС перед дезинфекцией и возвратом в систему питьевого водоснабжения. Основная проблема этого подхода заключалась в редкости микробов, способных разрушать связи углерод-фтор. Даже если микробы способны разлагать химические вещества, скорость разложения может быть медленной.
Айх считает, это исследование является одним из первых, которое даёт представление о конкретных механизмах и бактериальных ферментах, которые можно выделить и улучшить для увеличения скорости разложения.
В настоящее время исследователи работают над интерфейсом материал-микроб, который сочетает в себе способность бактерий к дефторированию с материалами, усиливающими расщепление ПФАС. Свойства этих материалов изменяются в ответ на электрические поля, и это позволяет им уничтожать любые побочные продукты, оставшиеся от бактериальных ферментов, говорит Чонг Лю (Chong Liu), доцент кафедры химии и биохимии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который руководил исследованием интерфейсов. Таким образом, интерфейсы «материал-микроб» обеспечивают быстрый двойной удар по ПФАС, рассказал Лю Live Science.
По словам Мен, необходимы дополнительные исследования, чтобы раскрыть точную биохимию дефторирующих ферментов и их потенциальное влияние в более крупных масштабах.
«Очень маловероятно, что отдельные микробы смогут стать глобальным решением проблемы заражения ПФАС», — отметила она.
Тем не менее, их работа указывает на возможности использования бактерий в биотехнологиях, которые могут работать отдельно или в сочетании с другими подходами.
