Scoperta la pulizia biologica di alcune “sostanze chimiche eterne”

Scienziati di ingegneria chimica e ambientale dell'Università della California, Riverside, hanno identificato due specie di batteri presenti nel suolo che distruggono una classe di "sostanze chimiche eterne" ostinate, dando speranza per una pulizia biologica a basso costo degli inquinanti industriali.

Questi batteri distruggono un sottogruppo di sostanze per- e poli-fluoroalchiliche, o PFAS, che hanno uno o più atomi di cloro nella loro struttura chimica, Yujie Men, un assistente professore al Bourns College of Engineering, e i suoi colleghi dell'UCR, hanno riferito nello studio rivista Acqua naturale.

Le sostanze chimiche dannose per sempre persistono nell’ambiente per decenni o molto più a lungo a causa dei loro legami insolitamente forti tra carbonio e fluoro. Sorprendentemente, il team dell'UCR ha scoperto che i batteri scindono i legami cloro-carbonio dell'inquinante, dando inizio a una catena di reazioni che distruggono per sempre le strutture chimiche, rendendole innocue.

"Quello che abbiamo scoperto è che i batteri possono prima scindere il legame carbonio-cloro, generando intermedi instabili", ha detto Men.

"E poi quegli intermedi instabili subiscono una defluorurazione spontanea, che è la scissione del legame carbonio-fluoro."

I PFAS clorurati costituiscono un ampio gruppo nella famiglia chimica eterna di migliaia di composti. Includono una varietà di fluidi idraulici non infiammabili utilizzati nell'industria e composti utilizzati per realizzare pellicole chimicamente stabili che fungono da barriere contro l'umidità in varie applicazioni industriali, di imballaggio ed elettroniche.

Le due specie di batteri – Desulfovibrio aminophilus e Sporomusa sphaeroides – identificate dal gruppo di Men sono presenti in natura e sono note per vivere nei microbiomi sotterranei dove le acque sotterranee possono essere contaminate da PFAS. Per una pulizia più rapida, un nutriente poco costoso, come il metanolo, potrebbe essere iniettato nelle acque sotterranee per promuovere la crescita batterica. Ciò aumenterebbe notevolmente la presenza dei batteri per distruggere gli inquinanti in modo più efficace, ha detto Men. Se i batteri non sono già presenti, l'acqua contaminata potrebbe essere inoculata con una delle specie batteriche.

Il titolo dell'articolo è "Defluorurazione sostanziale degli acidi policlorofluorocarbossilici innescata dalla diclorazione idrolitica microbica anaerobica". Men è l'autore corrispondente e Bosen Jin, uno studente laureato in ingegneria chimica e ambientale dell'UCR, è l'autore principale. Altri coautori dell'UCR sono il postdoc Jinyu Gao; l'ex postdoc Huaqing Liu; gli ex studenti laureati Shun Che e Yaochun Yu; e il professore associato Jinyong Liu.

La versione prestampata di questo articolo di Bosen Jin ha vinto numerosi premi, tra cui il premio C. Ellen Gonter dell'ACSenvr per studenti laureati in chimica ambientale, l'ACSenvr- Society of Environmental Toxicology and Chemistry Exchange Award e il 2022 Battelle 12th Chlorinated Conference Student Best Paper Premio.

Lo studio si espande sul lavoro precedente di Men, in cui aveva dimostrato che i microbi possono degradare una classe ostinata di PFAS chiamata acidi carbossilici fluorurati.

I microbi sono stati a lungo utilizzati per la pulizia biologica delle fuoriuscite di petrolio e di altri inquinanti industriali, compreso il solvente industriale tricloroetilene o TCE, che Men ha studiato.

Ma ciò che sappiamo sull’uso dei microrganismi per ripulire i PFAS è ancora agli inizi, ha detto Men. La sua scoperta è molto promettente perché i trattamenti biologici, se sono disponibili microbi efficaci che mangiano sostanze inquinanti, sono generalmente meno costosi e più rispettosi dell’ambiente rispetto ai trattamenti chimici. I microbi mangiatori di sostanze inquinanti possono anche essere iniettati in luoghi sotterranei difficili da raggiungere.

L'ultimo studio sui PFAS condotto da Men arriva mentre l'Environmental Protection Agency degli Stati Uniti sta promulgando nuove normative per stimolare la pulizia dei siti di acque sotterranee contaminate da PFAS in tutta la nazione perché queste sostanze chimiche sono state collegate a una serie di effetti negativi sulla salute, tra cui cancro, malattie renali e interruzioni ormonali. .

A partire dagli anni ’40, i composti PFAS sono diventati ampiamente utilizzati in migliaia di prodotti di consumo – inclusi involucri e contenitori di carta resistenti ai grassi e ignifughi – grazie alla loro capacità di formare rivestimenti protettivi che resistono al calore, all’acqua e ai lipidi.