Kredit:Yaochun Yu et al, Environmental Science &Technology (2022). DOI:10.1021/acs.est.1c05509
Ingenjörer vid University of California Riverside är de första att rapportera selektiv nedbrytning av en särskilt envis klass av PFAS, kallad fluorerade karboxylsyror (FCA), av vanliga mikroorganismer.
Under anaeroba förhållanden är en kol-kol-dubbelbindning avgörande för att mikrobiella samhällen ska splittra den ultrastarka kol-fluorbindningen. Även om brytandet av kol-kolbindningen inte bryter ned molekylen helt, kan de resulterande produkterna vidarebefordras till andra mikroorganismer för defluorering under aeroba förhållanden.
Framgången bygger på tidigare arbete av samma forskare, som var de första att rapportera framgångsrik mikrobiell defluorering av en helt fluorerad PFAS-struktur genom att ersätta kol-fluorbindningar med kol-vätebindningar.
Per- och polyfluoralkylsubstanser, eller PFAS, är en grupp av över 9 000 kemikalier som används i otaliga industriella processer och kommersiella produkter sedan 1940-talet. Som ett resultat har PFAS hittat sin väg in i vattnets kretslopp och finns nu i praktiskt taget alla vattenkällor. Dessa kemikalier innehåller en bindning mellan fluor och kolatomer som är den starkaste enkelbindningen som är känd, vilket gör PFAS icke biologiskt nedbrytbart och resistent mot konventionella vattenbehandlingsmetoder. De hamnar i organismers vävnader, inklusive människor, där de har förknippats med vissa typer av cancer, sköldkörtel- och leverproblem, och troligen andra hälsoproblem som fortfarande är dåligt förstådda.
I en tidigare artikel rapporterade Yujie Men, en biträdande professor i kemi- och miljöteknik, och hennes kollegor att de använde anaeroba mikrobiella samhällen som ofta används för deklorering för att bryta ned två specifika PFAS, inklusive en helt fluorerad (perfluorerad) struktur.
Den nya artikeln tar denna forskning ett steg längre genom att visa att ingångspunkten för de anaeroba mikroberna var en dubbelbindning mellan kolatomer som ligger bredvid karboxylgruppen i FCA-molekylerna. Trifluormetylgrenar på dubbelbindningen kan ytterligare förbättra den biologiska nedbrytbarheten.
Mikrober som kan göra denna typ av defluorering är inte sällsynta. Med hjälp av aktivt slam - mikrobiella samhällen som vanligtvis används i avloppsvattenreningsanläggningar för att bryta ner och ta bort organiskt material - och ett anaerobt tillstånd, upprepade forskarna framgångsrikt sitt tidigare experiment med mer strukturellt liknande PFAS.
"För närvarande är biokatalysatorer som kan göra defluorering av perfluorerade föreningar som PFOA mycket sällsynta. Vi vet fortfarande väldigt lite om vilka mikrober eller enzymer som kan göra defluorering av PFAS i allmänhet och hur", säger Men. "Vårt arbete ligger i framkant när det gäller att hitta denna information."
Även när forskare kommer på sätt att bryta den ursprungliga kol-fluorbindningen i perfluorerade föreningar, är deras arbete inte gjort eftersom molekylerna sannolikt bryts ner till andra molekyler som också kan vara skadliga. Framgångsrik sanering av PFAS-kontaminerade miljöer kräver initial nedbrytning av PFAS-modermolekylen, följt av fullständig nedbrytning av de sekundära molekylerna.
En nyligen genomförd studie av Men-gruppen visade att samhällen med aktiverat slam kunde fullständigt bryta ned den sekundära molekylen från kemisk nedbrytning av en typ av perfluorerad kemikalie via en process som kallas kometabolism. Deras nya studie antyder vidare att helt enkelt genom samarbetet mellan olika mikrobiella grupper, såsom anaeroba och aeroba bakterier, kan djupare defluorering också uppnås för vissa perfluorerade kemikalier. + Utforska vidare
