Известный как побочный продукт химического производства многих косметических средств и средств для уборки дома, промышленный растворитель 1,4-диоксан в настоящее время рассматривается Агентством по охране окружающей среды как «появляющийся загрязнитель» и «вероятно, канцероген для человека». которые можно найти на тысячах участков подземных вод по всей стране, что потенциально представляет собой многомиллиардную проблему восстановления окружающей среды.
Тем не менее, было обнаружено, что частое сосуществование загрязняющего вещества с другим токсичным химическим веществом - 1,1-дихлорэтиленом (1,1-DCE) - способствует устойчивости 1,4-диоксана к определенным стратегиям восстановления., включая разложение естественными микробами.
Теперь исследователи из Технологического института Нью-Джерси (NJIT) подробно рассказали об открытии первой известной бактерии, способной одновременно разлагать пару химических загрязнителей - 1,4-диоксан и 1,1-ДХЭ. Исследование, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology Letters, также демонстрирует эффективность микроба под названием Azoarcus sp. DD4 (DD4) для снижения уровней 1,4-диоксана и 1,1-ДХЭ в пробах совместно загрязненных подземных вод.
«По всей стране исследователи обнаружили, что более 80% участков подземных вод, загрязненных 1,4-диоксаном, также содержат 1,1-ДХЭ», - сказал Мэньян Ли, доцент кафедры химии и наук об окружающей среде в NJIT. «Эта пара химикатов токсична и требует больших затрат для удаления из окружающей среды, потому что пара обладает очень разными свойствами, которые обычно требуют отдельных растворов для обработки. Биодеградация с помощью DD4 - это первый обнаруженный нами биологический метод одновременной обработки обоих соединений, и он также экологически безопасен. -дружественный и экономичный."
Исследовательская группа Ли первоначально обнаружила микроб DD4 в образцах активного ила, собранных на муниципальных очистных сооружениях. В лаборатории команда Ли смогла выделить и проанализировать способность DD4 одновременно разлагать 1,4-диоксан и 1,1-ДХЭ в образцах загрязненных грунтовых вод в течение двух недель..
Применяя микроб к полевым образцам, команда Ли заметила, что концентрация 1,4-диоксана снизилась с 10 частей на миллион (10 частей на миллион), что в 3000 раз превышает предел рекомендуемого уровня EPA. от 0,35 частей на миллиард (0,35 частей на миллиард) - до менее 0,38 частей на миллиард. Лаборатория также обнаружила, что уровни концентрации 1,1-DCE снизились с более чем 3 ppm до менее 0,02 ppm.
Примечательно, что DD4 продемонстрировал устойчивость к клеточной токсичности, продуцируемой метаболитами 1,1-DCE, которые обычно ингибируют способность других бактерий, способных разлагать 1,4-диоксан. Команда Ли заметила, что, хотя способность DD4 разлагать 1,4-диоксан частично подавлялась, когда в пробы воды искусственно добавлялось чрезмерное количество 1,1-ДХЭ, способность к разложению 1,4-диоксана немедленно восстанавливалась после того, как микроб истощался. 1, 1-ДСЕ.
"В целом производительность DD4 нас впечатлила", - сказал Ли. «Мы не добавляли питательные вещества, такие как аммиак для питания микробов, или другие вспомогательные вещества, которые могли бы повысить активность бактерий. Это продемонстрировало нам потенциал этой бактерии для будущего использования в полевых условиях».
В ходе анализа генетического состава DD4 лаборатория Ли идентифицировала потенциально ключевой ген, связанный с активностью химического разложения микроба. Ли говорит, что этот ген кодирует фермент, называемый растворимой ди-железо-монооксигеназой (SDIMO), с универсальными способностями расщеплять химические загрязнители. «Мы хотим дополнительно охарактеризовать его (этот фермент), чтобы увидеть, сможем ли мы лучше изучить механизм, лежащий в основе того, как DD4 разлагает эти загрязняющие вещества». сказал Ли.
Наряду с устойчивостью DD4 к 1,1-DCE и способностью одновременно разлагать сопутствующие загрязнители, Ли говорит, что бактерия обладает несколькими другими ключевыми характеристиками, которые делают ее подходящей в качестве потенциального решения для биоремедиации на загрязненных участках подземных вод, таких как его способность свободно распространяться в воде для восстановления больших площадей загрязнения, а не агрегировать, как при других бактериальных обработках. Микроб также можно быстро культивировать, и он может существовать в течение длительного времени при ограниченном источнике питательных веществ.
«Мы тестировали бактерию при нормальной температуре в холодильнике в течение трех дней, и ее жизнеспособность оставалась выше 80%», - сказал Ли. «Через неделю половина была еще жива. Это делает его еще более желанным, потому что он сможет пережить время доставки из лаборатории в зараженные места».
Лаборатория Ли в настоящее время проводит дальнейшие испытания бактерии в лаборатории, чтобы лучше понять, как DD4 может работать в местах с загрязненной водой. Ли говорит, что, поскольку технико-экономические испытания уже проводятся, его команда может начать полевые демонстрации DD4 в качестве решения для очистки воды на участках, загрязненных 1,4-диоксаном и 1,1-ДХЭ, уже в следующем году..
«В идеале мы можем ввести бактерии в центр зоны заражения или попытаться вырастить их на поверхности биобарьеров, которые помогают остановить распространение заражения», - сказал Ли.«Во-первых, мы хотели бы провести больше тестов и, возможно, разработать генный маркер, который поможет нам оценить эффективность бактерий. Затем мы хотели бы перейти в поле».