借细菌之力，破除有毒化学物质的“永久诅咒”

Stéphane Vuilleumier

法国斯特拉斯堡大学微生物学和环境生物学教授

Michaël Ryckelynck

法国斯特拉斯堡大学生物化学教授

PFAS（全氟和多氟烷基物质）属“有毒永久化学物质”，且含有难以降解的碳氟键，对环境造成的污染问题日益凸显，全球各地水源、土壤遭受侵害。法国学者运用微生物技术寻找降解PFAS的细菌，但面临巨大挑战。文章强调跨学科合作的重要性，呼吁产业界共同努力，尤其提到监管的必要性。社会是否具备停止PFAS使用的条件，以及如何在保障经济利益的同时平衡公共卫生和环保？科技创新、监管政策和产业实践在解决PFAS污染中起到了怎样的作用？

PFAS指全氟和多氟烷基物质，又称“有毒永久化学物质”，由于在环境中难以天然降解，让学者、民众头疼不已。

2023年初，几家欧洲主流媒体联合进行了一项大规模调查，绘制了一份详细的欧洲大陆PFAS污染分布图，包含数万个监测点位。

尽管PFAS明显有害，但由于目前没有替代品，所以仍在工业生产中广泛使用。

法国斯特拉斯堡大学的学者正试图寻找能够降解PFAS的细菌。

应对PFAS污染需要跨学科合作。法国国家科学研究中心（CNRS）已成立了一个工作组，研究PFAS的检测和净化手段，并开发替代品。

PFAS，指全氟和多氟烷基物质，存在于许多日常物品中：衣物、电池、泡沫灭火剂、纸张、甚至食品包装塑料。由于在环境中难以天然降解，PFAS也被称为“有毒永久化学物质”。地球上PFAS污染几乎是无孔不入，让学者、民众头疼不已。虽然生物家们正积极寻找能降解PFAS的微生物，但仅靠科研不足以解决此问题，还需要全社会和监管部门的共同努力。

法国的PFAS污染数据触目惊心：蒙镇贝恩村的井底水PFAS浓度为1433纳克/升；奥莱龙岛对岸的拉特朗布拉德镇井眼水PFAS浓度为1546纳克/升；里昂南部的工业中心皮埃尔贝尼特附近的鸡蛋清PFAS浓度为2399纳克/千克。这几个地方是法国PFAS污染最严重之处。

01

无处不在的PFAS

2023年初，法国《世界报》和英国《卫报》等几家欧洲主流媒体联合进行了一项大规模调查，绘制了一份详细的欧洲大陆PFAS污染分布图[1]，揭示了欧洲的水源、水底沉积物、风沉积物和土壤的严重污染情况。图中列出了数以万计的点位，包括2100余个有害物质浓度远超过安全标准（100纳克/升）的点位。

不过，该图仅包括已知存在污染、有监测数据的点位，且只涵盖了十余种最主要的PFAS。根据一份最新发布的PFAS定义，符合标准的有害物质多达几百万种[2]，因此实际的PFAS污染水平远高于图中所示。法国斯特拉斯堡大学教授、微生物学专家Stéphane Vuilleumier说：“PFAS污染遍布全球的每一个角落。”

尽管有科研结果表明即使低浓度的PFAS也对人体有害，但由于没有合适的替代品，工业生产中仍大量使用PFAS。Vuilleumier教授指出：“PFAS有干扰内分泌的不良作用，会影响免疫系统和荷尔蒙分泌[3]，相关证据越来越多[4]。”

02

“牢不可破”的碳氟键

PFAS污染之所以如此顽固，是因为它们含有无法被生物分解的碳氟键。斯特拉斯堡大学教授、生物化学/微流体专家Michael Ryckelynck解释道：“自然界中含氟的有机化合物非常少。”2020年，Ryckelynck与Vuilleumier两位教授开始寻找能够分解碳氟键的细菌（脱氟细菌）。然而，世界上的细菌超过10亿种，要找到理想的对象无异于大海捞针。

图片来源：Emilie GEERSENS、 Michael RYCKELYNCK

注：微流控技术用于微生物除氟活性研究：使用微芯片，可制备含有细菌的油包水小液滴，体积只有几皮升（一皮升是十亿分之一毫升）。左图A中的箭头指示的是液滴中生长的细菌。右图B中的绿色是细菌进行脱氟反应时液滴发出的荧光。

据Ryckelynck教授介绍：“目前的微流体学技术能够在皮升（pL，10的负12次方升）级别上进行快速测试和反应。”这意味着实验可以一次性地分析大量样本。“我们并非预先挑选好特定的酶和细菌然后逐一测试，而是以每小时200万次的速度分析大量样本，从中寻找具有脱氟能力的细菌。”研究者们设计了一个“分析通道”，让候选细菌在通过的途中与PFAS和氟化物检测器相互作用。如果某个细菌能够降解该碳氟键，就会有氟离子释放出来，从而被荧光检测发现，以便后续识别、提取和深入研究。

03

多方合力

初步结果显示，两位学者的降氟探测器效果良好[5]。现在，课题组专注于处理来自污染地区的环境样本，以发现有潜力的细菌并提升其降解能力。寻找PFAS分解菌已成为全球科学界共同追求的目标，然而PFAS污染不可能靠单一技术解决。Ryckelynck教授说：“跨学科合作是成功的关键因素，我们的检测方法可以结合其他研究机构的创新成果共同使用，例如能捕获和储存PFAS的吸附膜[6]，或者降解PFAS的物理化学工艺。”

“目前产业界无法减少PFAS使用，因为牵扯到的经济利益过于庞大。”

最近，法国国家科学研究中心（CNRS）在其“横向合作与跨学科合作倡议”旗帜下成立了一个跨学科工作组[7]，集聚化学、物理、生物、工程、社会学、数学等多领域专家，加速研发有效、创新的解决方案，以检测、消除PFAS污染，并用无害物质替代PFAS。

04

监管的必要性

2024年3月，工作组将组织研讨会汇集各学科的洞见，并与产业界互动。Vuilleumier 教授指出：“消除PFAS污染，工业界的努力不可或缺。”学界应与企业建立互信合作关系，以便获取土壤、沉积物和水体样本进行分析处理。而企业界也应密切关注科研进展，掌握新型替代品以及污染控制技术的研发动态。

同时，Vuilleumier 教授还指出目前仍无法减少PFAS的使用，“因为牵扯到的工业经济利益过于庞大。”PFAS是全球制造业的重要原料。“电动汽车电池若想增产，就必须用到PFAS。在巨大的需求面前，寻找应对方案便会更加艰难。”然而，不能因为未来可能会发现“去污染细菌”，就在当下放纵污染。作为学者，必须在科研之余放宽眼界，思考社会是否具备充足的条件停止使用PFAS。在法国，有些学者已经开始呼吁改变法规，让未来的过渡更加平稳。“限用PFAS会在社会上引起经济损失，而PFAS污染物继续排放则会对公共卫生造成威胁，决策者必须在二者之间找到平衡。”

无论结果如何，科学家们都在积极努力，既在污染控制方面大胆创新，又在为决策者献言献策，以遏制永久污染物的扩散。

作者

Samuel Belaud

编辑

Meister Xia

1. https://www.lemonde.fr/les-decodeurs/article/2023/02/23/polluants-eternels-explorez-la-carte-d-europe-de-la-contamination-par-les-pfas_6162942_4355770.html

2. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c04855

3. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2105018118

4. https://www.mdpi.com/1422–0067/22/4/2148

5. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.2c00248

6. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1383586623017082

7. https://miti.cnrs.fr/appel-a-projets/depollution/