Unique Bacteria Fighting Door De Mens Veroorzaakte Chemicalie

{h1}

Onderzoekers hebben een bacteriestam ontwikkeld die de giftige door de mens gemaakte organische chemicaliën, bekend als pcb's, degradeert.

Dit artikel achter de schermen werd aan WordsSideKick.com gegeven in samenwerking met de National Science Foundation.

Onderzoekers hebben een bacteriestam ontwikkeld die op unieke wijze effectief is in het afbreken van de toxische industriële chemicaliën die bekend staan ​​als PCB's of polychloorbifenylen.

PCB's zijn giftige door de mens gemaakte organische chemicaliën die een gevaar vormen voor de gezondheid van de mens en voor het milieu.

Het Environmental Protection Agency heeft PCB's geclassificeerd als potentiële carcinogenen voor de mens waarvan bekend is dat ze de immuun-, reproductieve, nerveuze en endocriene systemen van mensen en andere dieren nadelig beïnvloeden. Gebruikt in Amerikaanse industriële en commerciële toepassingen, werden PCB's vervaardigd vanaf 1929 tot ze in 1979 werden verboden. Omdat ze bestand zijn tegen degradatie, zijn PCB's nog steeds aanwezig in de omgeving.

Moeilijk te degraderen

Het opruimen van PCB's bestaat meestal uit het baggeren van met PCB's beladen grond en het verbranden van de bodem of het storten ervan op een veilige stortplaats. Deze saneringstechnieken zijn duur. General Electric besteedde bijvoorbeeld 561 miljoen dollar aan het baggeren en opbergen van 2,6 miljoen kubieke meter aan sediment van de Hudson River, besmet met PCB's. Zelfs na het baggeren blijven PCB's vaak ingebed in de omringende rots.

De chlooratomen in PCB's maken deze chemicaliën toxisch en moeilijk te degraderen. Hoewel er van nature voorkomende PCB-afbrekende bacteriën in de omgeving zijn, zijn ze traag in het afbreken van de chemische stof. Natuurlijke in situ dechlorering van sterk gechloreerde PCB's vindt plaats onder anaërobe omstandigheden met een snelheid van ongeveer 5 procent per decennium. Dit betekent dat PCB's nog heel lang in de omgeving kunnen blijven bestaan.

The Bioremediation Consulting Inc., met de steun van het Small Business Innovation Research Program van de National Science Foundation, heeft in grote hoeveelheden een robuuste PCB-afbrekende bacterie kunnen kweken die dit probleem voor de volksgezondheid kon verzachten.

Dr. Margaret Findlay

Dr. Margaret Findlay

Krediet: Bioremediation Consulting Inc.

De oplossing

Eerder waren onderzoekers niet in staat om deze meer robuuste bacteriën te isoleren vanwege hun sterke hechting aan sedimenten.

Margaret Findlay, BCI President en hoofdwetenschapper, en Dr. Samuel Fogel, BCI Vice President en projectwetenschapper, waren echter in staat om een ​​cultuur te ontwikkelen - een lid van het geslacht Dehalococcoides - die ze sindsdien commercieel beschikbaar hebben gemaakt. De onderzoekers konden de bacteriën van een grondwatermonster van een site in New Jersey wegplakken. Het team gebruikte gemeenschappelijke mineralen, zoals natriumchloride, ammoniumchloride, fosfaat en sporenelementen, om de groeimedia te vormen.

De in de kweek gekweekte bacteriën zijn niet pathogeen en zouden volgens de beoordelingen van de onderzoekers geen nadelige effecten in de natuurlijke omgeving mogen veroorzaken. De gekweekte bacteriën veranderen ook niet de pH van het water, waardoor de concentratie van het resterende zoutzuur dat de bacteriën produceren op een niveau van 1 of 2 delen per miljoen blijft.

Met de NSF SBIR-subsidie ​​produceerde BCI grote hoeveelheden van de bacteriën om de doeltreffendheid ervan bij het neutraliseren van PCB's te testen door chlooratomen te verwijderen.

BCI's kweek toonde zijn vermogen om Aroclor 1260 af te breken, een gebruikelijk commercieel mengsel van ongeveer 60 chemisch vergelijkbare PCB's die 6 tot 8 chloor per molecuul bevatten. Binnen 18 weken werd 44 procent van de PCB's met 6 tot 8 chloor omgezet in PCB's met 4 tot 6 chloor. Vergelijkbare resultaten werden waargenomen met een ander PCB-mengsel, Aroclor 1254.

BCI's doorbraak heeft het potentieel om een ​​kosteneffectieve vervanging van baggeren en het transporteren van grond naar stortplaatsen te zijn.

3 maten Dhc-culturen: 100 ml, 1 liter en 20 liter fusten.

3 maten Dhc-culturen: 100 ml, 1 liter en 20 liter fusten.

Krediet: Bioremediation Consulting Inc.

Hoe het werkt

De PCB-afbrekende bacteriën verminderen het aantal chloorverbindingen in het bifenylmolecuul. Wanneer de omstandigheden meer zuurstofrijk worden, kunnen gemeenschappelijke aërobe bacteriën het molecuul verder dechloreren, evenals de koolstofringen breken die bifenylmoleculen bij elkaar houden.

"Het belangrijkste is om chloor te kunnen afschudden op de sterk gechloreerde PCB's... omdat sommige van hen dioxine-eigenschappen hebben die bijzonder giftig zijn," zei Fogel. Als je eenmaal tot twee, drie of vier chloor hebt besloten, kunnen aërobe bacteriën de bifenylen metaboliseren.

Het dechloreringsproces waarbij de PCB-afbrekende bacteriën worden gebruikt, is vrij complex. Het mechanisme betreft de rol van PCB's als een elektronenacceptor.

"PCB's zijn elektronenacceptoren", zei Fogel. "Om elektronen te laten stromen heb je een elektronendonor nodig, meestal is [de donor] een suikermolecuul of een materiaal zoals melkzuur dat bacteriën kunnen vergisten. Een van de fermentatieproducten is moleculaire waterstof en moleculaire waterstof blijkt wees de ultieme elektronendonor die deze bacteriën gebruiken om chloor af te slaan. "

De bacteriën gebruiken H2-gas, geproduceerd door andere natuurlijk voorkomende bodembacteriën, als energiebron, terwijl ze suiker of vet fermenteren. H2 werkt als een elektronendonor voor PCB's. De enzymen van de bacteriën, dehalogenasen, hebben een actieve plaats met vitamine B12, dat een sterk reductiemiddel wordt. Het waterstofgas helpt kobalt in de dehalogenasen te verminderen, wat op zijn beurt het breken van de chloorbindingen in PCB katalyseert, waarbij het chlooratoom door een waterstofatoom wordt vervangen.

Zodra reductieve dechlorering optreedt - het proces waarbij de PCB elektronen verkrijgt - verlaten de bacteriën een substraat dat aerobe bacteriën kunnen aanvallen.De aerobe bacteriën breken de aromatische ringen van de PCB en het eindproduct is gemineraliseerd koolstofdioxide en zoutzuur.

Dr. Samuel Fogel

Dr. Samuel Fogel

Krediet: Bioremediation Consulting Inc.

Onderzoeksgeschiedenis

Findlay, Fogel en hun team zijn sinds 1993 betrokken bij het bestuderen van de Dehalococcoides-achtige bacteriën. De onderzoekers merkten op dat met de aanwezige bacteriën reductieve dechlorering optrad in anaërobe grondwater dat was verontreinigd met trichloorethyleen.

Bedrijven kwamen naar BCI met het verzoek evaluatie van vervuild grondwater uit te voeren om te zien of reductieve dechlorering van TCE mogelijk was. Voor klanten die al de nodige bacteriën in hun grondwater hadden, kon BCI de impact van de bacteriën verhogen door de juiste elektronendonor toe te voegen en optimale biochemische omstandigheden vast te stellen. Er waren echter klanten waarvan het grondwater de bacteriën niet herbergde, dus de door bacteriën geïnitieerde dechlorering trad niet op.

BCI-onderzoekers hebben dit probleem opgelost door Dehalococcoides onder anaerobe omstandigheden te laten groeien in minerale zoutmedia en de bacteriën commercieel te leveren aan klanten van wie het grondwater het organisme ontbeerde.

De onderzoekers realiseerden zich al snel dat er een Dehalococcoides-stam in staat was tot het dechlorineren van aromatische verbindingen zoals trichloorbenzenen.

Routinematige testen van grondwater dat TCB, TCE en PCB bevat, leidde ertoe dat BCI-onderzoekers geloofden dat Dehalococcoides PCB's konden dechloreren in niet-laboratoriumomstandigheden, op real-world vervuilde locaties. Academische literatuur, met name die van S. H. Zinder en J. M. Gossett aan de Cornell University, en L. Adrian van Technische Universitat, Berlijn, die het beperkte vermogen van Dehalococcoides om de PCB te deïnceneren, aantoonden, ondersteunden deze overtuiging ook.

De onderzoekers wisten ook dat er verschillende stammen van Dehalococcoides waren - dezelfde soort en soort, maar verschillende variëteiten.

"We raakten overtuigd van alle literatuur dat Dehalococcoides het belangrijkste organisme zou worden om mee om te gaan, wat we beschouwen als de laatste grens van bioremediëring," zei Fogel. "Dat wil zeggen, PCB's zijn de laatste grens, in die zin dat er geen andere groep van gechloreerde verbindingen - of wat voor chemische stof dan ook - is die moeilijker biologisch afbreekbaar is dan PCB's."

Met een subsidie ​​van het Electric Power Research Institute testten BCI-onderzoekers door de klant geleverde grondwatermonsters met TCB, PCB, TCE en Dehalococcoides om te beoordelen of de bacteriestam van deze monsters goed geschikt zou zijn om de grondwater-PCB biologisch af te breken. De bacteriën verwijderden efficiënt chloor.

Met dit succes hebben BCI-onderzoekers de aandacht verlegd naar het kweken van een cultuur van dit PCB-afbrekende organisme.

Nu kan BCI bacterieculturen aanbieden om met PCB's verontreinigd grondwater of bodem te behandelen. Van de bacteriën wordt verwacht dat zij zowel ex situ als in situ reductieve dechlorinatie uitvoeren, wat mogelijk de noodzaak van PCB-vervuilde grond kan baggeren.

BCI-onderzoekers informeren het publiek en de saneringsgemeenschap over hun doorbraak en zetten nieuwe manieren op om de technische toepassing van deze bevinding aan te passen.

BCI-onderzoekers hebben een lange reis met PCB gemaakt, omdat ze het milieu willen verbeteren.

"Als je vandaag langs de Hudson River rijdt, zie je heuvels van sediment... gebaggerd uit de bodem," zei Fogel. Maar: "... misschien [zouden we] biologische methoden moeten gebruiken [om ze te remediëren]... Hier bij BCI zijn we milieuwetenschappers die een verandering willen aanbrengen, dus we doorlopen alle noodzakelijke stappen."

Opmerking van de uitgever: De onderzoekers afgebeeld in Behind the Scenes-artikelen zijn ondersteund door de National Science Foundation, het federale bureau belast met de financiering van fundamenteel onderzoek en onderwijs op alle gebieden van wetenschap en techniek. Alle meningen, bevindingen en conclusies of aanbevelingen in dit materiaal zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de opvattingen van de National Science Foundation. Zie het archief achter de schermen.


Video Supplement: Addiction.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com