9 октября 2018 г.
Источник:Технологический институт Нью-ДжерсиРезюме:Исследователи подробно описали первую бактерию, которая способна одновременно разрушать пару химических загрязнителей — 1,4-диоксан и 1,1-DCE.
Промышленный растворитель 1,4-диоксан, известный как химический производственный побочный продукт многих косметических и бытовых чистящих средств, теперь рассматривается Агентством по охране окружающей среды как «возникающий загрязнитель» и «вероятный человеческий канцероген», который можно найти в тысячи объектов подземных вод на национальном уровне — потенциально представляющие собой задачу по восстановлению окружающей среды на много миллиардов долларов.
Тем не менее, частое сосуществование загрязняющих веществ с другим токсичным химическим веществом — 1,1-дихлорэтилен (1,1-DCE) — было обнаружено для содействия устойчивости 1,4-диоксана к некоторым стратегиям восстановления, включая деградацию естественными микробами.
В настоящее время исследователи из Нью-Джерсиского института технологии (NJIT) подробно рассказали об обнаружении первой известной бактерии, способной одновременно разрушать пару химических загрязнителей — 1,4-диоксан и 1,1-DCE. Исследование, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology Letters , также демонстрирует эффективность микроба под названием Azoarcus sp. DD4 (DD4), в снижении уровней 1,4-диоксана и 1,1-DCE в образцах загрязненных подземных вод.
«По всей стране исследователи обнаружили, что более 80% участков подземных вод, загрязненных 1,4-диоксаном, также содержат 1,1-DCE», — сказал Менгьян Ли, доцент кафедры химии и экологии NJIT. «Эта пара химических веществ является токсичной и дорогостоящей для удаления из окружающей среды, поскольку пара имеет очень разные свойства, которые обычно требуют отдельных растворов для обработки. Биодеградация DD4 является первым биологическим методом, который мы нашли для одновременного воздействия на оба соединения, а также экологически дружелюбны и экономичны ».
Исследовательская группа Ли первоначально обнаружила микроб DD4 от образцов активного ила, собранных на муниципальной очистной установке. В лаборатории команда Ли сумела изолировать и проанализировать способность DD4 деградировать 1,4-диоксан и 1,1-DCE одновременно в загрязненных образцах подземных вод в течение двух недель.
Применяя микроб к образцам поля, команда Ли отметила, что концентрация 1,4-диоксана была понижена с 10 частей на миллион (10 ppm) — или в 3000 раз превышала уровень допустимый EPA, составляющий 0,35 части на 1 миллион, миллиард (0,35 ppb) — до 0,38 ppb. Лаборатория также обнаружила, что уровни концентрации 1,1-DCE снижены с более чем 3 ppm до менее 0,02 ppm.
Примечательно, что DD4 демонстрирует устойчивость к клеточной токсичности, вырабатываемой метаболитами 1,1-DCE, которые обычно ингибируют способность других бактерий, способных разрушать 1,4-диоксан. Команда Ли заметила, что хотя DD4 частично ингибируется в своей способности снижать концентрацию 1,4-диоксана, когда чрезмерные количества 1,1-DCE искусственно закручиваются в образцах воды, способность к снижению концентрации 1,4-диоксана сразу же восстанавливается после того, как микроб исчерпан 1,1-АКД.
«В целом, нас впечатлило представление DD4», — сказал Ли. «Мы не добавляли такие питательные вещества, как аммиак для микроба, чтобы питаться, или другие фасилитаторы, которые могли бы повысить активность бактерий. Это продемонстрировало нам потенциал этой бактерии для будущего использования в этой области».
В анализе генетического состава DD4 лаборатория Ли определила потенциально ключевой ген, связанный с химической деградирующей активностью микроорганизма. Ли говорит, что ген кодирует фермент, называемый растворимой ди-железной монооксигеназой (SDIMO), с универсальными возможностями разрушения химических загрязнителей. «Мы хотим охарактеризовать его (этот фермент), чтобы узнать, можем ли мы лучше изучить механизм, лежащий в основе того, как DD4 деградирует эти загрязнители». — сказал Ли.
Наряду с сопротивлением 1,1-DCE от DD4 и способностью одновременно деградировать сопутствующие загрязнители, Ли говорит, что бактерия обладает несколькими другими ключевыми чертами, которые делают ее благоприятной как потенциальный раствор для биоремедиации на загрязненных участках подземных вод — например, способность рассеиваться свободно через воду для исправления более крупных областей загрязнения, а не для агрегирования, как и другие бактериальные обработки. Микробы можно также быстро культивировать и поддерживать в течение длительного времени с ограниченным источником питательных веществ.
«Мы протестировали бактерии при нормальной температуре в течение трех дней, и ее жизнеспособность осталась выше 80%», — сказал Ли. «Через неделю половина была еще жива, что делает ее еще более желательной, потому что она сможет пережить время доставки из лаборатории на зараженные сайты».
Лаборатория Ли теперь проводит дальнейшие испытания бактерий в лаборатории, чтобы лучше понять, как DD4 может выполнять на зараженных участках воды. По завершении технико-экономических обоснований Ли говорит, что его команда может начать полевые демонстрации DD4 в качестве решения для обработки воды для участков радиоактивного загрязнения 1,4-диоксан и 1,1-DCE уже в следующем году.
«В идеале мы можем вводить бактерии в центр зоны загрязнения или пытаться выращивать их на поверхности биобарьеров, которые помогают остановить распространение заражения», — сказал Ли. «Во-первых, мы хотели бы сделать больше тестов и, возможно, разработать маркер генов, который поможет нам оценить эффективность бактерий. Затем мы хотели бы перейти в поле».
