Stosowane od lat 50. XX wieku substancje per- i polifluoroalkilowe (PFAS) zawarte są między innymi w nieprzywierających powłokach patelni, materiałach gaśniczych, produktach codziennego użytku – kosmetykach, środkach czystości, opakowaniach żywności, a nawet w papierze toaletowym. Duża ich część trafia do ścieków i rozprzestrzenia się w środowisku. Są tak trwałe, że często nazywa się je „wiecznymi chemikaliami”.

Naukowcy podejrzewają, że PFAS mogą sprzyjać poważnym problemom zdrowotnym – na przykład nowotworom - czy zaburzać reprodukcję. PFAS nagromadziły się w glebie, wodzie i organizmach żywych, a badania wykazały, że prawie wszyscy Amerykanie mają ich mierzalne ilości we krwi.

Proponowane metody rozwiązania problemu PFAS dotyczyły zwykle ich adsorpcji i magazynowania. Jak jednak wykazali naukowcy z University at Buffalo, niektóre bakterie glebowe są w stanie rozbić silne wiązania chemiczne węgiel-fluor, które pozwalają tym chemikaliom tak długo utrzymywać się w środowisku. Oprócz co najmniej trzech rodzajów PFAS bakterie niszczą także niektóre z toksycznych produktów ich rozpadu.

Niestrawne związki per- i polifluoroalkilowe nie są bynajmniej ulubionym pożywieniem żadnej bakterii, jednak niektóre z nich, żyjąc w skażonej glebie, zmutowały i nauczyły się rozkładać i wykorzystywać jako źródło energii zanieczyszczenia organiczne.

Szczep bakterii Labrys portucalensis F11 został wyizolowany z gleby skażonego terenu przemysłowego w Portugalii i wcześniej wykazał zdolność do usuwania fluoru z zanieczyszczeń farmaceutycznych. Jednak nigdy wcześniej nie był testowany, jeśli chodzi o PFAS.

Jak się okazało, F11 metabolizował ponad 90 proc. kwasu perfluorooktanosulfonowego (PFOS) po okresie ekspozycji wynoszącym 100 dni. PFOS jest jednym z najczęściej wykrywanych i najbardziej uporczywych rodzajów PFAS i w zeszłym roku został uznany za niebezpieczny przez Agencję Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych.

W ciągu 100 dni bakterie F11 rozkładały również znaczną część dwóch dodatkowych rodzajów PFAS: 58 proc. kwasu karboksylowego fluorotelomeru 5:3 i 21 proc. sulfonianu fluorotelomeru 6:2.

„Wiązanie między atomami węgla i fluoru w PFAS jest bardzo silne, więc większość drobnoustrojów nie może go wykorzystać jako źródła energii. Szczep bakterii F11 rozwinął zdolność do odcinania fluoru i zjadania węgla” — wyjaśniła autorka korespondencyjna badania, dr Diana Aga.

W przeciwieństwie do wielu wcześniejszych badań nad bakteriami degradującymi PFAS, praca Agi uwzględniała także metabolity. W niektórych przypadkach szczep F11 usuwał nawet fluor z tych metabolitów lub rozkładał je do niewielkich, niewykrywalnych poziomów.

„Jeśli bakterie przetrwają w surowym, zanieczyszczonym środowisku, to dzieje się tak prawdopodobnie dlatego, że przystosowały się do wykorzystywania otaczających zanieczyszczeń chemicznych jako źródła pożywienia, dzięki czemu nie głodują” — zaznaczyła Aga.

„Wiele wcześniejszych badań informowało jedynie o degradacji PFAS, ale nie o tworzeniu metabolitów. Nie tylko uwzględniliśmy produkty uboczne PFAS, ale odkryliśmy, że niektóre z nich są dalej rozkładane przez bakterie” – wskazała pierwsza autorka badania, Mindula Wijayahena, doktorantka w laboratorium Agi.

Praca była wspierana przez National Institute of Environmental Health Sciences, część National Institutes of Health. Inni współpracownicy to Katolicki Uniwersytet Portugalii, University of Pittsburgh oraz Waters Corp.

Współpracownicy z Katolickiego Uniwersytetu Portugalii umieścili F11 w zamkniętych kolbach, w których jedynym źródłem węgla było 10 000 mikrogramów PFAS na litr. Po okresach inkubacji trwających od 100 do 194 dni próbki zostały wysłane do University at Buffalo, gdzie analiza wykazała, że F11 zdegradował część PFAS.

Podwyższone poziomy jonów fluorkowych wykryte w tych próbkach wskazywały, że F11 oddzielił atomy fluoru od PFAS, dzięki czemu bakterie mogły metabolizować atomy węgla. „Wiązanie węgiel-fluor sprawia, że PFAS jest bardzo trudny do rozbicia, więc rozbicie ich jest kluczowym krokiem. Co najważniejsze, F11 nie tylko rozcinał PFOS na mniejsze kawałki, ale także usuwał fluor z tych mniejszych kawałków” - powiedziała Wijayahena.

Niektóre z pozostawionych metabolitów nadal zawierały fluor, ale po 194 dniach narażenia na PFOS, F11 usunął fluor nawet z trzech metabolitów PFOS.

Chociaż naukowcy z UB twierdzą, że ich badanie jest dobrym początkiem, ostrzegają, że F11 potrzebował 100 dni, aby rozłożyć znaczną część dostarczonego PFAS, nawet nie mając innych dostępnych źródeł węgla.

Zespół planuje teraz zbadać, jak zachęcić F11 do szybszego zużycia PFAS, nawet gdy istnieją konkurencyjne opcje energetyczne, które mogłyby zwiększyć tempo wzrostu tych bakterii. „Chcemy zbadać wpływ umieszczenia alternatywnych źródeł węgla obok PFAS. Jednak jeśli to źródło węgla jest zbyt obfite i łatwe do degradacji, bakterie mogą w ogóle nie korzystać z PFAS” — podkreśliła Aga. „Musimy dać koloniom F11 wystarczająco dużo pożywienia, aby mogły rosnąć, ale nie wystarczająco dużo pożywienia, aby straciły motywację do przekształcania PFAS w użyteczne źródło energii” - zaznaczyła.

Docelowo F11 można by rozmieścić w wodzie i glebie zanieczyszczonej PFAS. Może to obejmować tworzenie warunków do wzrostu szczepu w osadzie czynnym w oczyszczalni ścieków, a nawet wstrzykiwanie bakterii bezpośrednio do gleby lub wód gruntowych w zanieczyszczonym miejscu (proces zwany bioaugmentacją).

„W systemach ścieków i osadu czynnego można przyspieszyć usuwanie niepożądanych związków, dodając określony szczep do istniejących społeczności bakteryjnych w oczyszczalniach ścieków” — uznała Aga. „Bioaugmentacja to obiecująca metoda, która nie została jeszcze zbadana pod kątem remediacji (usuwania) PFAS w środowisku” - dodała.(PAP)

Paweł Wernicki

pmw/ bar/