特殊细菌成PFAS污染物克星有望治理污染问题

葫芦科普 2025-02-21 15:06:50

美国一个研究小组发现了一种细菌,它可以分解和转化至少三种永久化学物质“全氟和多氟烷基物质”(PFAS),更重要的是它可以分解和转化键断裂过程中产生的一些有毒副产物,这有望解决PFAS造成的污染问题。

PFAS于1950年代被广泛用于不沾锅涂层、防水、防油污涂层、食品包装、消防泡沫、化妆品等产品。研究发现,它难以被环境或细菌降解,因本身强大的碳氟键能够抵抗燃烧、超声处理、等离子氧化和电化学等降解方式,因此被称为“永久化学物质”。

科学家希望利用微生物解决PFAS对水源和土壤造成的污染问题,以此降低它对人体造成的伤害。不过,科学家对微生物降解氟化合物(尤其是PFAS)的资讯了解有限,需要做更多实验去验证哪些微生物能够实行降解任务。

美国布法罗大学(University at Buffalo,UB)和葡萄牙天主教大学(Catholic University of Portugal)研究团队发现一种细菌名为“Labrys portucalensis F11”可以降解三种PFAS污染物。它还可以把降解后的物质当作食物来源做进一步降解。该项研究成果于1月份被发表到《整体环境科学》杂志上。

他们使用的F11细菌源于欧洲葡萄牙一片受工业污染的土壤。科学家发现,F11具有从药物污染物中去除氟的能力,但从未在PFAS上进行去除测试。

这次,实验人员先把PFAS家族中的氟辛烷磺酸(PFOS)、6:2-氟调聚物磺酸(6:2 FTS)和5:3-氟调聚物羧酸(5:3 FTCA)分别放入烧瓶中,再放进F11细菌后将烧瓶密封,且静置近200天以观察细菌分解这些化学物质的情况。

结果显示,194天时PFOS的去除率高达96%,而100天时5:3 FTCA和6:2 FTS分别被移除58%和21%。尽管瓶中还残留一些PFAS,但这代表F11可以分离PFAS的氟原子,并把里面的碳原子代谢掉。

另外,他们还发现,PFOS被细菌分解成氟庚磺酸(PFHpS)、全氟己磺酸(PFHxS)、全氟己酸(PFHxA)、全氟戊酸(PFPeA)、全氟丁酸(PFBA)和全氟丙酸(PFPrA)等物质。

这次选用PFOS作为实验对象,主要原因是它经常在环境、生物样本中被检测到,且本身具有很高的生物累积毒性,目前已经被美国环保署(EPA)指定为危险物质。

布法罗大学的研究人员表示,这项研究是一个良好的开端,该团队正进一步计划研究如何让细菌F11可以更快地消耗PFAS,且最终希望把它正式投入到受PFAS污染的土壤和水源中,以此解决污染问题。

该研究的通讯作者、纽约州立大学杰出教授、布法罗大学化学系主席兼能源、环境与水资源研究与教育(RENEW)研究所所长戴安娜·阿加(Diana Aga)博士对该校新闻社说道,“PFAS的碳和氟之间的键非常强,大多数微生物无法分解它们,而F11展示切断碳氟强键和吞噬碳的能力。”

“我认为一些细菌在化学污染环境中产生变异,让它们拥有了特殊的机制,将化学污染物变成可利用的养分。”阿加博士接着说。

该研究的第一作者、阿加实验室的博士生明杜拉·维贾亚赫纳(Mindula Wijayahena)则表示,“以前多项研究只关心PFAS的降解,没有关心PFAS分解后的副产物。这次我们研究PFAS分解后的副产物,还发现这些东西也能被细菌进一步降解。最重要的是,F11不仅将PFOS切成一段一段,且能从这些小块中去除氟离子。”

阿加博士对此解释,“需要注意的是,这些样本中可能还存在其它代谢物,这些代谢物非常微小,以至于目前的检测方法无法检测出来。”“我们可以在废水活性污泥系统中加入特殊的菌株,以此达到加速去除有害化合物的目的,因为目前生物强化是一种很有前景的方法。”

这项工作得到了美国国立卫生研究院下属的国家环境健康科学研究所的支持。其他合作者包括葡萄牙天主教大学、匹兹堡大学和沃特斯公司。

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