Si è scoperto che i batteri mangiano per sempre sostanze chimiche e persino alcuni dei loro sottoprodotti tossici

La maggior parte delle attività di bonifica delle sostanze per- e polifluoroalchiliche (PFAS) comporta il loro assorbimento e intrappolamento, ma alcuni microbi possono effettivamente rompere i forti legami chimici che consentono a queste sostanze chimiche di persistere per così tanto tempo nell’ambiente.

Ora, un team guidato dall’Università di Buffalo ha identificato un ceppo di batteri in grado di scomporre e trasformare almeno tre tipi di PFAS e, cosa forse ancora più importante, alcuni dei sottoprodotti tossici del processo di rottura dei legami.

Pubblicato nel numero di questo mese di Scienza dell’ambiente totalelo studio del team lo ha scoperto Labrys portucalensis F11 (F11) ha metabolizzato oltre il 90% dell’acido perfluorottano solfonico (PFOS) dopo un periodo di esposizione di 100 giorni. Il PFOS è uno dei tipi di PFAS più frequentemente rilevati e persistenti ed è stato dichiarato pericoloso dalla Environmental Protection Agency degli Stati Uniti lo scorso anno.

I batteri F11 hanno anche degradato una porzione sostanziale di due ulteriori tipi di PFAS dopo 100 giorni: il 58% di acido carbossilico fluorotelomero 5:3 e il 21% di fluorotelomero solfonato 6:2.

“Il legame tra gli atomi di carbonio e di fluoro nel PFAS è molto forte, quindi la maggior parte dei microbi non può usarlo come fonte di energia. Il ceppo batterico F11 ha sviluppato la capacità di tagliare via il fluoro e mangiare il carbonio”, afferma Diana, autrice corrispondente dello studio. Aga, PhD, professore distinto alla SUNY e titolare della cattedra Henry M. Woodburn presso il Dipartimento di Chimica, presso l’UB College of Arts and Sciences, e direttore dell’UB RENEW Institute.

A differenza di molti studi precedenti sui batteri che degradano i PFAS, lo studio di Aga ha tenuto conto dei prodotti di degradazione a catena più corta – o metaboliti. In alcuni casi, l’F11 ha addirittura rimosso il fluoro da questi metaboliti o li ha scomposti a livelli minimi e non rilevabili.

“Molti studi precedenti hanno riportato solo la degradazione dei PFAS, ma non la formazione di metaboliti. Non solo abbiamo tenuto conto dei sottoprodotti dei PFAS, ma abbiamo scoperto che alcuni di essi continuavano a essere ulteriormente degradati dai batteri”, afferma la prima autrice dello studio, Mindula Wijayahena, uno studente di dottorato nel laboratorio di Aga.

Il lavoro è stato sostenuto dall’Istituto Nazionale di Scienze della Salute Ambientale, parte del National Institutes of Health. Altri collaboratori includono l’Università Cattolica del Portogallo, l’Università di Pittsburgh e la Waters Corp.

I mangiatori esigenti imparano ad apprezzare i PFAS

I PFAS sono un gruppo di sostanze chimiche onnipresenti ampiamente utilizzate sin dagli anni ’50 in qualsiasi cosa, dalle pentole antiaderenti ai materiali antincendio.

Sono lontani dall’essere il pasto preferito da qualsiasi batterio, ma alcuni che vivono in terreni contaminati sono mutati per abbattere i contaminanti organici come i PFAS in modo da poter utilizzare il loro carbonio come fonte di energia.

“Se i batteri sopravvivono in un ambiente ostile e inquinato, è probabilmente perché si sono adattati a utilizzare gli inquinanti chimici circostanti come fonte di cibo in modo da non morire di fame”, afferma Aga. “Attraverso l’evoluzione, alcuni batteri possono sviluppare meccanismi efficaci per utilizzare contaminanti chimici per aiutarli a crescere.”

Il ceppo batterico utilizzato in questo studio, F11, è stato isolato dal terreno di un sito industriale contaminato in Portogallo e aveva precedentemente dimostrato la capacità di eliminare il fluoro dai contaminanti farmaceutici. Tuttavia, non era mai stato testato su PFAS.

I collaboratori dell’Università Cattolica del Portogallo hanno collocato l’F11 in flaconi sigillati senza alcuna fonte di carbonio a parte 10.000 microgrammi per litro di PFAS. Dopo periodi di incubazione compresi tra 100 e 194 giorni, i campioni sono stati poi spediti a UB, dove l’analisi ha rivelato che F11 aveva degradato alcuni dei PFAS.

I livelli elevati di ioni fluoruro rilevati in questi campioni indicavano che F11 aveva staccato gli atomi di fluoro del PFAS in modo che i batteri potessero metabolizzare gli atomi di carbonio.

“Il legame carbonio-fluoro è ciò che rende i PFAS così difficili da scomporre, quindi spezzarli è un passaggio fondamentale. Fondamentalmente, F11 non solo tagliava i PFOS in pezzi più piccoli, ma rimuoveva anche il fluoro da quei pezzi più piccoli,” Wijayahena dice.

Alcuni dei metaboliti rimasti contenevano ancora fluoro, ma dopo essere stato esposto al PFOS per 194 giorni, F11 aveva persino rimosso il fluoro da tre metaboliti del PFOS.

“A titolo di avvertimento, potrebbero esserci altri metaboliti in questi campioni così minuscoli da eludere gli attuali metodi di rilevamento”, afferma Aga.

Rendere PFAS una voce di menu desiderabile

Sebbene i ricercatori dell’UB affermino che il loro studio è un buon inizio, avvertono che l’F11 ha impiegato 100 giorni per biodegradare una parte significativa dei PFAS forniti e non c’erano altre fonti di carbonio disponibili per il consumo.

Il team ora prevede di ricercare come incoraggiare F11 a consumare PFAS più velocemente, anche quando ci sono scelte energetiche concorrenti che potrebbero aumentarne il tasso di crescita.

“Vogliamo studiare l’impatto dell’inserimento di fonti di carbonio alternative accanto al PFAS. Tuttavia, se tale fonte di carbonio è troppo abbondante e facile da degradare, i batteri potrebbero non aver bisogno di toccare il PFAS”, afferma Aga. “Dobbiamo dare alle colonie F11 cibo sufficiente per crescere, ma non abbastanza cibo da farle perdere l’incentivo a convertire i PFAS in una fonte di energia utilizzabile.”

Alla fine, l’F11 potrebbe essere utilizzato in acque e terreni contaminati da PFAS. Ciò potrebbe comportare la creazione delle condizioni per far crescere il ceppo all’interno dei fanghi attivi in ​​un impianto di trattamento delle acque reflue, o anche l’iniezione dei batteri direttamente nel suolo o nelle acque sotterranee di un sito contaminato, un processo chiamato bioamplificazione.

“Nei sistemi a fanghi attivi delle acque reflue, si potrebbe accelerare la rimozione dei composti indesiderati aggiungendo un ceppo specifico al consorzio batterico esistente negli impianti di trattamento”, afferma Aga. “La bioamplificazione è un metodo promettente che non è stato ancora esplorato per la bonifica dei PFAS nell’ambiente.”