Пер- и полифторалкильные вещества, известные как PFAS, представляют собой серьезную экологическую угрозу, получив прозвище «вечные химикаты» из-за своей исключительной устойчивости к разложению. Эти соединения, используемые с 1950-х годов в самых разнообразных продуктах, от антипригарных сковородок до противопожарных материалов, характеризуются чрезвычайно прочной связью между атомами углерода и фтора. Именно эта связь делает их практически неуязвимыми для естественных процессов распада, приводя к их накоплению в окружающей среде и организмах. Традиционные методы очистки, такие как адсорбция и улавливание, лишь временно изолируют PFAS, не устраняя их коренную проблему.
Группа ученых под руководством Университета в Буффало совершила прорыв, обнаружив бактериальный штамм F11, способный разрушать PFAS. Эта находка открывает принципиально новые перспективы в борьбе с загрязнением «вечными химикатами». Уникальность F11 заключается не только в его способности расщеплять как минимум три типа PFAS, но и в его умении разлагать токсичные побочные продукты (метаболиты), образующиеся в процессе этого расщепления.
Особое внимание в исследовании было уделено перфтороктановой сульфоновой кислоте (PFOS) – одному из наиболее распространенных и устойчивых видов PFAS. PFOS, признанный Агентством по охране окружающей среды США (EPA) опасным веществом в прошлом году, представляет собой серьезную опасность для здоровья человека и окружающей среды.
Эксперименты показали, что бактерии F11 демонстрируют впечатляющую эффективность в разложении различных PFAS. В частности, значительная часть PFOS была успешно разрушена. Кроме того, F11 показал способность разлагать 58% фторотеломерной карбоновой кислоты 5:3 и 21% фторотеломерного сульфоната 6:2 в течение 100 дней.
Механизм действия бактерий F11 заключается в их способности «отщеплять» атомы фтора от молекул PFAS. После удаления фтора бактерии способны «поедать» атомы углерода, используя их в качестве источника энергии. Разрыв прочной углерод-фторной связи является ключевым моментом в процессе деградации PFAS, и именно эта способность делает F11 столь ценным.
Важным аспектом данного исследования является учет и разложение метаболитов PFAS – более короткоцепочечных продуктов распада. F11 не только разрушает исходные PFAS, но и продолжает разлагать некоторые из образующихся метаболитов, удаляя из них фтор или расщепляя их до неопределяемых уровней. Это принципиально отличает данное исследование от многих предыдущих работ, которые фокусировались только на разложении PFAS, не принимая во внимание судьбу метаболитов.
Ученые отмечают, что бактерии, подобные F11, адаптируются к выживанию в суровых, загрязненных средах, используя химические загрязнители, такие как PFAS, в качестве источника питания. В процессе эволюции некоторые бактерии вырабатывают механизмы для использования химических веществ-загрязнителей в целях собственного роста и выживания.
Штамм бактерий F11 был выделен из почвы загрязненного промышленного участка в Португалии. Интересно, что ранее уже была обнаружена способность F11 удалять фтор из фармацевтических загрязнителей. Однако, это первое исследование, в котором F11 был протестирован на PFAS. В исследовании также принимали участие сотрудники Католического университета Португалии.
В ходе экспериментов бактерии F11 помещали в герметичные колбы с концентрацией PFAS 10 000 микрограммов на литр в качестве единственного источника углерода. Обнаружение повышенного уровня ионов фторида подтвердило отщепление фтора от молекул PFAS. Этот факт указывает на то, что F11 действительно отрывает атомы фтора, что позволяет метаболизировать углеродную основу PFAS. После 194 дней воздействия PFOS, F11 смог удалить фтор из трех метаболитов PFOS.
Несмотря на многообещающие результаты, исследователи признают, что разложение PFAS бактериями F11 происходит относительно медленно – для существенного разложения требуется около 100 дней. Диана Ага, доктор философии, профессор Университета штата Нью-Йорк (SUNY), заслуженный профессор SUNY и заведующая кафедрой химии имени Генри М. Вудберна факультета искусств и наук Университета в Буффало, а также директор Института RENEW UB, подчеркивает, что данное исследование – это лишь «хорошее начало».
Будущие исследования будут направлены на ускорение процесса потребления PFAS бактериями F11. В частности, планируется изучить влияние альтернативных источников углерода на предпочтения F11 в отношении PFAS, с целью найти оптимальный баланс, который бы стимулировал разложение PFAS, не снижая его. Первым автором исследования выступила Mindula Wijayahena, аспирантка лаборатории доктора Ага.
Потенциальные области применения F11 включают биоаугментацию – метод, предусматривающий введение F11 непосредственно в загрязненную воду и почву для очистки от PFAS. Этот метод может быть реализован путем инъекции бактерий F11 в почву или грунтовые воды в загрязненных местах, а также путем добавления F11 в активный ил на станциях очистки сточных вод для повышения эффективности удаления PFAS. Биоаугментация рассматривается как перспективный, но пока недостаточно изученный метод для решения проблемы загрязнения PFAS.
Изображение носит иллюстративный характер
Группа ученых под руководством Университета в Буффало совершила прорыв, обнаружив бактериальный штамм F11, способный разрушать PFAS. Эта находка открывает принципиально новые перспективы в борьбе с загрязнением «вечными химикатами». Уникальность F11 заключается не только в его способности расщеплять как минимум три типа PFAS, но и в его умении разлагать токсичные побочные продукты (метаболиты), образующиеся в процессе этого расщепления.
Особое внимание в исследовании было уделено перфтороктановой сульфоновой кислоте (PFOS) – одному из наиболее распространенных и устойчивых видов PFAS. PFOS, признанный Агентством по охране окружающей среды США (EPA) опасным веществом в прошлом году, представляет собой серьезную опасность для здоровья человека и окружающей среды.
Эксперименты показали, что бактерии F11 демонстрируют впечатляющую эффективность в разложении различных PFAS. В частности, значительная часть PFOS была успешно разрушена. Кроме того, F11 показал способность разлагать 58% фторотеломерной карбоновой кислоты 5:3 и 21% фторотеломерного сульфоната 6:2 в течение 100 дней.
Механизм действия бактерий F11 заключается в их способности «отщеплять» атомы фтора от молекул PFAS. После удаления фтора бактерии способны «поедать» атомы углерода, используя их в качестве источника энергии. Разрыв прочной углерод-фторной связи является ключевым моментом в процессе деградации PFAS, и именно эта способность делает F11 столь ценным.
Важным аспектом данного исследования является учет и разложение метаболитов PFAS – более короткоцепочечных продуктов распада. F11 не только разрушает исходные PFAS, но и продолжает разлагать некоторые из образующихся метаболитов, удаляя из них фтор или расщепляя их до неопределяемых уровней. Это принципиально отличает данное исследование от многих предыдущих работ, которые фокусировались только на разложении PFAS, не принимая во внимание судьбу метаболитов.
Ученые отмечают, что бактерии, подобные F11, адаптируются к выживанию в суровых, загрязненных средах, используя химические загрязнители, такие как PFAS, в качестве источника питания. В процессе эволюции некоторые бактерии вырабатывают механизмы для использования химических веществ-загрязнителей в целях собственного роста и выживания.
Штамм бактерий F11 был выделен из почвы загрязненного промышленного участка в Португалии. Интересно, что ранее уже была обнаружена способность F11 удалять фтор из фармацевтических загрязнителей. Однако, это первое исследование, в котором F11 был протестирован на PFAS. В исследовании также принимали участие сотрудники Католического университета Португалии.
В ходе экспериментов бактерии F11 помещали в герметичные колбы с концентрацией PFAS 10 000 микрограммов на литр в качестве единственного источника углерода. Обнаружение повышенного уровня ионов фторида подтвердило отщепление фтора от молекул PFAS. Этот факт указывает на то, что F11 действительно отрывает атомы фтора, что позволяет метаболизировать углеродную основу PFAS. После 194 дней воздействия PFOS, F11 смог удалить фтор из трех метаболитов PFOS.
Несмотря на многообещающие результаты, исследователи признают, что разложение PFAS бактериями F11 происходит относительно медленно – для существенного разложения требуется около 100 дней. Диана Ага, доктор философии, профессор Университета штата Нью-Йорк (SUNY), заслуженный профессор SUNY и заведующая кафедрой химии имени Генри М. Вудберна факультета искусств и наук Университета в Буффало, а также директор Института RENEW UB, подчеркивает, что данное исследование – это лишь «хорошее начало».
Будущие исследования будут направлены на ускорение процесса потребления PFAS бактериями F11. В частности, планируется изучить влияние альтернативных источников углерода на предпочтения F11 в отношении PFAS, с целью найти оптимальный баланс, который бы стимулировал разложение PFAS, не снижая его. Первым автором исследования выступила Mindula Wijayahena, аспирантка лаборатории доктора Ага.
Потенциальные области применения F11 включают биоаугментацию – метод, предусматривающий введение F11 непосредственно в загрязненную воду и почву для очистки от PFAS. Этот метод может быть реализован путем инъекции бактерий F11 в почву или грунтовые воды в загрязненных местах, а также путем добавления F11 в активный ил на станциях очистки сточных вод для повышения эффективности удаления PFAS. Биоаугментация рассматривается как перспективный, но пока недостаточно изученный метод для решения проблемы загрязнения PFAS.
