Уникальные Бактерии Борются С Искусственным Химическим Беспорядком

{h1}

Исследователи разработали штамм бактерий, который разлагает токсичные искусственные органические химические вещества, известные как пхб.

Эта статья за кулисами была предоставлена ​​WordsSideKick.com в сотрудничестве с Национальным научным фондом.

Исследователи разработали штамм бактерий, который уникально эффективен для разрушения токсичных промышленных химикатов, известных как ПХБ, или полихлорированных бифенилов.

ПХБ являются токсичными искусственными органическими химическими веществами, которые представляют угрозу для здоровья человека и окружающей среды.

Агентство по охране окружающей среды классифицировало ПХБ как потенциальные канцерогены для человека, которые, как известно, оказывают негативное влияние на иммунную, репродуктивную, нервную и эндокринную системы человека и других животных. Используемые в США для промышленного и коммерческого применения, ПХБ производились с 1929 года до их запрета в 1979 году. Поскольку они устойчивы к деградации, ПХБ все еще присутствуют в окружающей среде.

Трудно ухудшить

Очистка ПХБ чаще всего включает в себя выемку грунта, заполненного ПХБ, и сжигание почвы или размещение ее на безопасном полигоне. Эти методы восстановления дороги. Например, «Дженерал Электрик» потратила 561 миллион долларов на дноуглубительные работы и свалило 2,6 миллиона кубических ярдов осадков реки Гудзон, загрязненных ПХД. Даже после дноуглубительных работ печатные платы часто остаются в окружающих породах.

Атомы хлора в ПХБ делают эти химические вещества токсичными и их трудно разлагать. Несмотря на то, что в окружающей среде встречаются естественные бактерии, разлагающие ПХБ, они не спешат разрушать химическое вещество. Естественное дехлорирование in situ высокохлорированных ПХБ происходит в анаэробных условиях со скоростью примерно 5 процентов за десятилетие. Это означает, что ПХБ могут сохраняться в окружающей среде в течение очень длительного времени.

Bioremediation Consulting Inc. при поддержке Национальной научно-исследовательской программы по инновациям в сфере малого бизнеса удалось культивировать устойчивые бактерии, разлагающие ПХБ, в больших количествах, что могло бы смягчить эту проблему общественного здравоохранения.

Доктор Маргарет Финдли

Доктор Маргарет Финдли

Кредит: Bioremediation Consulting Inc.

Решение

Ранее исследователи не могли выделить эти более устойчивые бактерии из-за их сильной привязанности к осадкам.

Однако Маргарет Финдли, президент и ведущий научный сотрудник BCI, и д-р Сэмюэл Фогель, вице-президент и научный сотрудник BCI, смогли создать культуру - члена рода Dehalococcoides, которую они с тех пор сделали коммерчески доступной. Исследователи смогли отобрать бактерии из образца подземных вод на участке в Нью-Джерси. Команда использовала обычные минералы, такие как хлорид натрия, хлорид аммония, фосфат и микроэлементы, для формирования питательной среды.

По оценкам исследователей, бактерии, выращиваемые в культуре, не являются патогенными и не должны вызывать неблагоприятных воздействий в естественной среде. Культивируемые бактерии также не изменяют рН воды, оставляя концентрацию остаточной соляной кислоты, которую бактерии производят на уровне 1 или 2 частей на миллион.

Получив грант NSF SBIR, BCI произвела большое количество бактерий для проверки их эффективности в нейтрализации ПХБ путем удаления атомов хлора.

Культура BCI показала свою способность разлагать Aroclor 1260, обычную коммерческую смесь из примерно 60 химически подобных ПХД, содержащих от 6 до 8 хлоров на молекулу. В течение 18 недель 44 процента ПХД с 6–8 хлорами были превращены в ПХД с 4–6 хлорами. Аналогичные результаты были получены с другой смесью ПХД, Aroclor 1254.

Прорыв BCI потенциально может стать экономически эффективной заменой выемки грунта и транспортировки грунта на свалки.

3 размера культур Dhc: кеги по 100 мл, 1 литр и 20 литров.

3 размера культур Dhc: кеги по 100 мл, 1 литр и 20 литров.

Кредит: Bioremediation Consulting Inc.

Как это устроено

Разлагающие ПХБ бактерии снижают количество хлора в молекуле бифенила. Затем, когда условия становятся более насыщенными кислородом, обычные аэробные бактерии могут дополнительно дехлорировать молекулу, а также разрушать углеродные кольца, которые удерживают молекулы бифенила вместе.

«Важно иметь возможность выбивать хлор из высокохлорированных ПХБ... потому что некоторые из них обладают свойствами диоксинов, которые особенно токсичны», - сказал Фогель. По его словам, как только у вас останется два, три или четыре хлора, аэробные бактерии могут метаболизировать бифенилы.

Процесс дехлорирования с использованием бактерий, разлагающих ПХБ, довольно сложен. Механизм предполагает роль ПХБ в качестве акцептора электронов.

«ПХБ являются акцепторами электронов», - сказал Фогель. «Для того, чтобы электроны текли, вам нужен донор электронов. Как правило, [донором] является молекула сахара или материал, подобный молочной кислоте, который бактерии могут ферментировать. Одним из продуктов ферментации является молекулярный водород, а молекулярный водород оказывается быть основным донором электронов, который эти бактерии используют для сбивания хлора ».

Бактерии используют газообразный H2, вырабатываемый другими природными бактериями почвы, в качестве источника энергии при ферментации сахара или жира. H2 действует как донор электронов для ПХБ. Ферменты бактерий, дегалогеназы, имеют активный сайт с витамином B12, который становится сильным восстановителем. Газообразный водород помогает снизить содержание кобальта в дегалогеназах, что, в свою очередь, катализирует разрыв связей хлора в ПХБ, заменяя атом хлора атомом водорода.

Как только происходит восстановительное дехлорирование - процесс, в котором ПХБ получает электроны - бактерии покидают субстрат, на который могут воздействовать аэробные бактерии. Аэробные бактерии разрушают ароматические кольца ПХД, а конечным продуктом является минерализованный углекислый газ и соляная кислота.

Доктор Самуэль Фогель

Доктор Самуэль Фогель

Кредит: Bioremediation Consulting Inc.

История исследований

Финдли, Фогель и их команда занимаются изучением Dehalococcoides-подобных бактерий с 1993 года. Исследователи обнаружили, что при наличии бактерий в анаэробных подземных водах, загрязненных трихлорэтиленом, происходило восстановительное дехлорирование.

Компании пришли в BCI с просьбой провести оценку загрязненных подземных вод, чтобы узнать, возможно ли восстановительное дехлорирование ТВК. Для клиентов, у которых уже есть необходимые бактерии в их подземных водах, BCI может усилить воздействие бактерий путем добавления правильного донора электронов и создания оптимальных биохимических условий. Однако были клиенты, чьи подземные воды не содержали бактерий, поэтому инициированное бактериями дехлорирование не происходило.

Исследователи BCI решили эту проблему, выращивая Dehalococcoides в анаэробных условиях в среде минеральных солей и поставляя бактерии коммерчески клиентам, у которых в подземных водах не было организма.

Вскоре исследователи поняли, что существует штамм Dehalococcoides, способный дехлорировать ароматические соединения, такие как трихлорбензолы.

Регулярное тестирование подземных вод, содержащих TCB, TCE и PCB, привело исследователей BCI к убеждению, что Dehalococcoides может дехлорировать PCB в не лабораторных условиях, на реальных загрязненных участках. Академическая литература, особенно С. Х. Зиндера и Дж. М. Госсетта в Корнелльском университете и Л. Адриана в Technische Universitat, Berlin, которая продемонстрировала ограниченную способность Dehalococcoides дехлорировать ПХБ, также поддержала это убеждение.

Исследователи также знали, что существуют разные штаммы Dehalococcoides - одного и того же рода и вида, но разных сортов.

«Из всей литературы мы убедились, что Дегалококкоиды станут важным организмом, который будет иметь дело с, как мы считаем, последним рубежем биоремедиации», - сказал Фогель. «То есть ПХБ - это последний рубеж, в том смысле, что нет другой группы хлорированных соединений - или, в этом отношении, какого-либо химического вещества - биодеградация которых сложнее, чем ПХБ».

Получив грант от Научно-исследовательского института электроэнергетики, исследователи BCI проверили предоставленные клиентом образцы грунтовых вод, содержащие ТХБ, ПХБ, ТВК и дегалококкоиды, чтобы оценить, будет ли штамм бактерий из этих образцов хорошо подходить для биоразложения ПХБ подземных вод. Бактерии эффективно удаляют хлор.

С этим успехом исследователи BCI переключили внимание на выращивание культуры этого разлагающего ПХБ организма.

Теперь BCI может предложить культуры бактерий для обработки загрязненных ПХД грунтовых вод или почвы. Ожидается, что бактерии будут проводить восстановительное дехлорирование как ex-situ, так и in-situ, что потенциально может устранить необходимость в дноуглублении загрязненной ПХБ почвы.

Исследователи BCI информируют общественность и реабилитационное сообщество об их прорыве и ищут новые способы адаптировать инженерное применение этого открытия.

Исследователи BCI прошли долгий путь с PCB, потому что они хотят улучшить окружающую среду.

«Если вы сегодня поедете по реке Гудзон, вы увидите насыпь осадка… выкопанную на дне», - сказал Фогель. Но, «... возможно, [нам] следует использовать биологические методы [для их исправления]... Здесь, в BCI, мы ученые-экологи, которые хотят внести изменения, поэтому мы проходим все необходимые шаги».

Примечание редактора: Исследователи, изображенные в статьях «За кулисами», были поддержаны Национальным научным фондом, федеральным агентством, отвечающим за финансирование фундаментальных исследований и образования во всех областях науки и техники. Любые мнения, выводы и выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения Национального научного фонда. Смотрите архив за кулисами.





RU.WordsSideKick.com
Все права защищены!
Перепечатка материалов разрешена только с простановкой активной ссылки на сайт RU.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RU.WordsSideKick.com