Även om det inte finns med på de flesta produktingrediensetiketter, den organiska kemiska stabilisatorn och tillverkningsbiprodukten, 1, 4-dioxan, finns i otaliga vardagliga hushållsartiklar – från schampon och kosmetika till tvättmedel och frostskyddsmedel.

Delvis på grund av dess utbredda användning under många decennier, kemikalien har nu blivit inblandad av Environmental Protection Agency (EPA) som en "framväxande förorening av oro" på grundvatten- och dricksvattenplatser över hela USA, utan någon effektiv metod för dess avlägsnande ännu etablerad.

Nu, Forskare vid New Jersey Institute of Technology (NJIT) har avslöjat ett sällsynt enzym i bakterier med förmågan att bryta ned det "sannolika humana cancerframkallande ämnet" och vattenföroreningen, 1, 4-dioxan.

Forskare säger att upptäckten kan hjälpa till att leda till effektivare metoder för behandling av vatten som är förorenat av denna mycket lösliga kemikalie, känd för sin motståndskraft mot konventionell vattenrening och reningsinsatser.

Forskningen presenteras i tidskriften American Chemical Society Miljövetenskap och teknikbrev .

"Många produkter vi använder varje dag använder en blandning av mer än 100 kemikalier, och vi inser inte att vissa av dem innehåller spår av 1, 4-dioxan som spolas ner i våra avlopp och släpps ut i miljön, " sa Dr Mengyan Li, biträdande professor i kemi och miljövetenskap vid NJIT. "En engångsexponering är inte extremt giftig, men föroreningar i dricksvatten kan ha en kronisk effekt som ökar cancerrisken.

"Vad vi gör är att studera mikrober som faktiskt konsumerar denna förorening som sin mat, " Li förklarade. "Vi hoppas att denna forskning kan locka allmänhetens uppmärksamhet till idén att bakterier kan vara mycket effektiva för att ta bort föroreningar som 1, 4-dioxan från miljön eller via tekniska arenor."

I deras studie, Li och NJIT forskarkollegor Daiyong Deng och Fei Li analyserade ett nyckelenzym som är associerat med de ovanliga metaboliska förmågorna hos Mycobacterium dioxanotrophicus PH-06 – en mikrob som kan livnära sig på 1, 4-dioxan som sin primära energikälla.

Lis labb kunde identifiera och karakterisera den kritiska rollen för ett enzym, propanmonooxygenas, som leder vägen för att sönderfalla 1, 4-dioxans stabila cirkulära struktur så att den kan omvandlas till bränsle för bakterierna.

"Vad gör 1, 4-dioxan så stabil och svår att bryta ner är att den har en cirkulär struktur, " sa Li. "Vad det här bakteriella enzymet gör är den svåraste uppgiften ... det börjar ta isär denna cirkulära struktur och bryta isär den så att den lättare kan brytas ned av andra enzymer.

"Man kan tänka sig att detta enzym leder ledningen för en armé som belägrar en hårt skyddad fästning, ", tillade Li. "Det är på frontlinjen som gör genombrottet så att förstärkningarna kan gå med."

1, 4-Dioxane Hot Spots för konsumtion

Sedan 1950-talet, 1, 4-dioxan har varit allmänt känt som en stabilisator för klorerade lösningsmedel eller en tillverkningsbiprodukt av massa, textilier, elektronik och andra produkter. Dock, 2016 inkluderade EPA 1, 4-dioxan i sin första lista över 10 kemiska ämnen som är planerade för riskbedömning av människor och miljö under Toxic Substances Control Act-reformer som godkänts av Obama-administrationen.

Enligt vattenkvalitetstestdata från lokala företag i hela USA mellan 2010 och 2015, 7 miljoner människor i 27 stater betjänas av offentliga vattensystem med en högre 1, 4-dioxankoncentration i deras dricksvatten än 0,35 delar per miljard (ppb) - en koncentrationsnivå som marginellt kan öka cancerrisken. Enligt EPA, 0,35 ppb är en referenskoncentrationsnivå som representerar en 1-i-1, 000, 000 livstidsrisk för cancer. Vid 35 ppb, risken ökar till 1 av 10, 000.

"1, 4-dioxan är blandbart med vatten och det är det som gör det till ett problem, " förklarade Li. "Många organiska föroreningar är inte helt vattenlösliga så de bibehåller ett visst föroreningsområde och sprids inte. I kontrast, 1, 4-dioxan är extremt lösligt så det kommer att migrera ... det kan röra sig överallt."

Flera nationella hot spots för för höga nivåer av 1, 4-dioxan i dricksvatten har nyligen dykt upp, särskilt i befolkade regioner som Long Island, N.Y., med områden i Nassau County som når landets högsta koncentrationsnivåer på 12 ppb. New York State Department of Health tjänstemän har uppskattat de initiala statliga saneringskostnaderna kan uppgå till 2,5 miljarder dollar.

"I vår egen undersökning av New Jerseys Hackensack River, vi hittade hot spots med en hög koncentration på över 5 ppb, som är minst 10 gånger högre än EPA:s vägledningsnivå, " sa Li. "Men det här är inte bara ett problem i Long Island och New Jersey... det kan vara ett problem globalt eftersom alla använder produkter som schampon och tvättmedel nästan varje dag."

Enligt de senaste uppgifterna om miljöutsläpp från EPA:s Toxics Release Inventory, cirka 675, 000 pund av 1, 4-dioxan släpptes ut i miljön 2015.

Tillsammans med ökningen av kemikalien som släpps ut i miljön, uppskattade saneringskostnader på hot-spot-platser som Long Island har också stigit till en sådan grad på grund av bristen på kostnadseffektiva och miljösäkra metoder för att behandla problemet.

Li säger att vissa åtgärder för att åtgärda, såsom behandling med oxiderande kemikalier, kan vara för dyrt och är inte kända för att vara miljövänliga. Andra ansträngningar som applicerar absorbenter för att fånga upp vattenföroreningar kräver vanligtvis ytterligare behandling för att förhindra markavfallsproblem där den koncentrerade kemikalien släpps tillbaka till miljön.

"Vi tror att den bästa vägen framåt är att låta mikroberna äta 1, 4-dioxan, " sade Li. "De eliminerar naturligt denna förorening genom att omvandla den till sin biomassa och till koldioxid. När du tar itu med storskaliga miljöfrågor som 1, 4-dioxan förorening, det är bättre att ha en hållbar lösning."

Lis labb försöker nu utveckla nya metoder för att övervaka och påskynda prestandan hos det nyupptäckta bakteriella enzymet. Teamet undersöker också sätt att skala upp tillämpningen av 1, 4-dioxanförbrukande bakterier för fältbruk. Med mer studier, Lis labb hoppas snart kunna demonstrera genomförbarheten av mikrobbaserad 1, 4-dioxan-saneringsinsatser utanför labbet.

"Det finns många miljöfaktorer som kan påverka mikrobernas prestanda om du helt enkelt skulle injicera dessa kulturer på platser för kontaminering direkt, så vi måste studera det vidare, " sa Li. "Men, dricksvattenanläggningar kan ha möjlighet att använda tilläggsanläggningar som bioreaktorer eller biologiskt aktiva filter där vatten passerar genom systemet, och bakterierna inuti konsumerar 1, 4-dioxan så att utsläppet är rent vatten. Det kan vara en behandling vi tillämpar, och jag tror att vi når dit."