Ainutlaatuinen Bakteeri Taistelee Keinotekoisella Kemikaalilla

{h1}

Tutkijat ovat kehittäneet bakteerikannan, joka heikentää myrkyllisiä, ihmisen valmistettuja orgaanisia kemikaaleja, joita kutsutaan pcb-yhdisteiksi.

Tämä kulissien takaa koskeva artikkeli toimitettiin WordsSideKick.comille yhteistyössä National Science Foundationin kanssa.

Tutkijat ovat kehittäneet bakteerikannan, joka on ainutlaatuisen tehokas hajottamaan myrkyllisiä teollisuuskemikaaleja, joita kutsutaan PCB: ksi tai polykloorattuja bifenyylejä.

PCB-yhdisteet ovat myrkyllisiä ihmisen valmistettuja orgaanisia kemikaaleja, jotka uhkaavat ihmisten terveydelle ja ympäristölle.

Ympäristönsuojeluvirasto on luokitellut PCB: t potentiaaliksi ihmisen syöpää aiheuttaviksi aineiksi, joiden tiedetään vaikuttavan haitallisesti ihmisten ja muiden eläinten immuunijärjestelmään, lisääntymiseen, hermostoon ja endokriiniseen järjestelmään. Yhdysvalloissa käytettyjä teollisia ja kaupallisia sovelluksia käytettäessä PCB: t valmistettiin vuodesta 1929, kunnes ne kiellettiin vuonna 1979. Koska ne ovat kestäviä hajoamiseen, PCB: t ovat edelleen läsnä ympäristössä.

Vaikea hajoaminen

PCB: n puhdistaminen sisältää useimmiten ruoppausta PCB-kuormitetulla maaperällä ja polttaa maaperän tai sijoittaa sen turvalliseen kaatopaikkaan. Nämä kunnostustekniikat ovat kalliita. Esimerkiksi General Electric käytti 561 miljoonaa dollaria ruopata ja pilata 2,6 miljoonaa kuutiometriä Hudson Riverin sedimenttiä, joka oli saastunut PCB: llä. Jopa ruoppauksen jälkeen PCB: t pysyvät usein ympäröivässä kalliossa.

PCB-yhdisteiden klooriatomit tekevät näistä kemikaaleista myrkyllisiä ja vaikeasti hajoavia. Vaikka ympäristössä esiintyy luonnossa esiintyviä PCB: tä hajottavia bakteereja, ne ovat hitaasti hajoamassa kemikaalia. Luonnon in situ klooratut klooratut PCB: t tapahtuu anaerobisissa olosuhteissa noin 5 prosentin vuosikymmenellä. Tämä tarkoittaa, että PCB: t voivat jatkua ympäristössä hyvin pitkään.

Bioremediation Consulting Inc. on tukenut kansallisen tiedesäätiön pienyritysten innovaatiotutkimusohjelman tukemana suuria määriä vankkoja PCB: tä heikentäviä bakteereja, jotka voisivat lieventää tätä kansanterveydellistä ongelmaa.

Tohtori Margaret Findlay

Tohtori Margaret Findlay

Luottamus: Bioremediation Consulting Inc.

Ratkaisu

Aikaisemmin tutkijat eivät kyenneet eristämään näitä voimakkaampia bakteereja, koska ne olivat voimakkaasti kiinni sedimenteissä.

Kuitenkin Margaret Findlay, BCI: n toimitusjohtaja ja johtava tiedemies sekä tohtori Samuel Fogel, BCI: n varapresidentti ja projektitieteilijä pystyivät kehittämään Dehalococcoides-suvun jäseneksi kuuluvaa kulttuuria, jonka he ovat sittemmin tehneet kaupallisesti saataville. Tutkijat pystyivät houkuttelemaan pois bakteerit pohjavedenäytteestä New Jerseyn toimipaikalta. Joukkue käytti yleisiä mineraaleja, kuten natriumkloridia, ammoniumkloridia, fosfaattia ja hivenaineita, kasvualustan muodostamiseksi.

Viljelmässä kasvatetut bakteerit eivät ole patogeenisiä eivätkä ne saa aiheuttaa haitallisia vaikutuksia luonnollisessa ympäristössä tutkijoiden arvioiden mukaan. Viljellyt bakteerit eivät myöskään muuta veden pH-arvoa, jättäen jäljellä olevan suolahapon pitoisuuden, jonka bakteerit tuottavat 1- tai 2-miljoonasosaa kohti.

NSF: n SBIR-avustuksella BCI tuotti suuria määriä bakteereita testatakseen sen tehokkuutta PCB-yhdisteiden neutraloimisessa poistamalla klooriatomit.

BCI: n viljelmä osoitti kykynsä hajota Aroclor 1260: n, joka on yhteinen kaupallinen seos, jossa on noin 60 kemiallisesti samanlaista PCB: tä, jotka sisältävät 6 - 8 klooria molekyyliä kohden. 18 viikon aikana 44 prosenttia 6 - 8 klooria olevista PCB-yhdisteistä muutettiin PCB: ksi, joissa oli 4 - 6 klooria. Samanlaisia ​​tuloksia havaittiin toisella PCB-seoksella, Aroclor 1254.

BCI: n läpimurto voi olla kustannustehokas ruoppauksen korvaaminen ja maaperän kuljettaminen kaatopaikoille.

3 koko Dhc-viljelmää: 100 ml, 1 litra ja 20 litran koukut.

3 koko Dhc-viljelmää: 100 ml, 1 litra ja 20 litran koukut.

Luottamus: Bioremediation Consulting Inc.

Kuinka se toimii

PCB: tä hajottavat bakteerit vähentävät kloorien määrää bifenyyli- molekyylissä. Sitten, kun olosuhteet tulevat hapetummaksi, tavalliset aerobiset bakteerit voivat edelleen dechlorinoida molekyylin sekä rikkoa hiilirenkaita, jotka pitävät bifenyyli- molekyylejä yhdessä.

"Tärkeä asia on, että voimme poistaa klooreja erittäin klooratuista PCB-yhdisteistä... koska jotkin niistä ovat erityisen myrkyllisiä dioksiinivalmisteita", Fogel sanoi. Kun olet aloittanut kaksi, kolme tai neljä klooria, hän sanoi, aerobiset bakteerit voivat metaboloida bifenyylejä.

PCB: tä hajottavien bakteerien käyttäminen on varsin monimutkaista. Mekanismissa PCB: n rooli elektronin vastaanottajana.

"PCB: t ovat elektronin vastaanottajia", Fogel sanoi. "Jotta elektronit virtaisivat, tarvitsette elektronin luovuttajaa. Tyypillisesti [luovuttaja] on sokerimolekyyli tai materiaali, kuten maitohappo, jota bakteerit voivat fermentoida. Yksi fermentaatiotuotteista on molekyylivety ja molekyylinen vety osoittautuu olla lopullinen elektronin luovuttaja, jota nämä bakteerit käyttävät koputtamaan klooria pois. "

Bakteerit käyttävät H2-kaasua, jota tuottavat muut luonnossa esiintyvät maaperäbakteerit energianlähteenä, samalla kun fermentoidaan sokeria tai rasvaa. H2 toimii elektronin luovuttajana PCB: lle. Bakteerien entsyymit, dehalogenaasit, sisältävät aktiivisen kohdan B12-vitamiinilla, josta tulee voimakas pelkistin. Vetykaasu auttaa vähentämään kobolttiä dehalogenaseissa, mikä vuorostaan ​​katalysoi kloorisidosten hajoamista PCB: ssä korvaamalla klooriatomin vetyatomilla.

Kun pelkistevä klooraus tapahtuu - prosessi, jossa PCB sai elektronit - bakteerit jättävät alustan, jonka aerobiset bakteerit voivat hyökätä.Aerobiset bakteerit rikkovat PCB: n aromaattisia renkaita, ja lopputuote on mineralisoitua hiilidioksidia ja suolahappoa.

Tohtori Samuel Fogel

Tohtori Samuel Fogel

Luottamus: Bioremediation Consulting Inc.

Tutkimushistoria

Findlay, Fogel ja heidän tiimimme ovat olleet mukana Dehalococcoides-kaltaisten bakteerien tutkimisessa vuodesta 1993 lähtien. Tutkijat havaitsivat, että bakteerien esiintyminen on tapahtunut anaerobisella pohjavedellä, joka oli kontaminoitunut trikloorietyleenin kanssa.

Yritykset tulivat BCI: lle pyytäen arvioimaan saastunutta pohjavettä sen selvittämiseksi, voitiinko TCE: n pelkistävä dechlorination tapahtua. Asiakkaille, joille oli jo olemassa tarvittavat bakteerit pohjaveteen, BCI voisi parantaa bakteerien vaikutusta lisäämällä oikeaa elektronin luovuttajaa ja luomalla optimaaliset biokemialliset olosuhteet. Kuitenkin oli asiakkaita, joiden pohjavesi ei harjoittanut bakteereja, joten bakteereilla alkanut kloorikaasu ei tapahtunut.

BCI-tutkijat ratkaisivat tämän ongelman kasvattamalla Dehalococcoides anaerobisissa olosuhteissa mineraalisuolamuodossa ja toimittamalla bakteerit kaupallisesti asiakkaille, joiden pohjavesi oli organismin puuttuessa.

Tutkijat huomasivat pian, että Dehalococcoides-kanta oli hajoava hajottamaan aromaattisia yhdisteitä, kuten triklooribentseenejä.

TCB: n, TCE: n ja PCB: n sisältävien pohjavesien rutiinitutkimus johti BCI: n tutkijoita uskomaan, että Dehalococcoides voisi kloorata PCB: t muuhun kuin laboratoriossa olosuhteissa todellisissa pilaantuneissa tiloissa. Akateeminen kirjallisuus, erityisesti S. H. Zinderin ja Cornellin yliopiston J. M. Gossettin ja L. Adrianin Technische Universitat, Berliinissä, jotka osoittivat Dehalococcoidesin rajoittavan kyvyn kloorikaasua PCB: ään, kannattivat myös tätä uskoa.

Tutkijat tiesivät myös, että Dehalococcoides-lajit olivat erilaisia ​​- samaa sukua ja lajia, mutta erilaisia ​​lajikkeita.

"Meistä tuli vakuuttuneita kaikesta kirjallisuudesta, että Dehalococcoidesista tulee tärkeä organismi käsitellä, mitä pidämme, bioremediation viimeinen raja", Fogel sanoi. "Se tarkoittaa, että PCB: t ovat lopullinen rajapinta siinä mielessä, että mikään muu kloorattujen yhdisteiden ryhmä - tai mikä tahansa kemiallinen aine - ei ole biohajoava kuin PCB: t."

BCA: n tutkijat testasivat Electric Power Research Institutein avustuksella asiakkaan toimittamia pohjavesiä sisältäviä näytteitä, jotka sisälsivät TCB: tä, PCB: tä, TCE: tä ja Dehalococcoidesia, arvioitaessa, voisiko näistä näytteistä peräisin olevien bakteerien kanta sopia hyvin pohjaveden biologisen hajoamisen piirilevylle. Bakteerit tehokkaasti poistivat kloorit.

Tämän menestyksen myötä BCI-tutkijat siirsivät huomiota kasvavan tämän PCB-hajottavan organismin kulttuuriin.

Nyt BCI voi tarjota bakteerien viljelmiä PCB-pilaantuneen pohjaveden tai maaperän hoitoon. Bakteerien odotetaan suorittavan pelkistävää dekloorausta sekä ex situ että in situ, mikä voi mahdollisesti poistaa PCB-pilaantuneen maaperän ruoppauksen tarpeen.

BCI-tutkijat tiedottavat yleisölle ja kunnostamisyhteisölle läpimurtonsa puolesta ja pyrkivät löytämään uusia tapoja räätälöidäkseen tämän havainnon teknisen sovelluksen.

BCI-tutkijoilla on ollut pitkä matka PCB: n kanssa, koska he haluavat parantaa ympäristöä.

"Jos ajetat Hudson-joen varrella tänään, näet kumpuavia sedimenttejä... ruoppausta pohjasta", Fogel sanoi. Mutta, "... ehkä [meidän] pitäisi käyttää biologisia menetelmiä [korjaamaan ne]... Tässä BCI: ssä olemme ympäristötutkijoita, jotka haluavat tehdä muutoksen, joten menemme läpi kaikki tarvittavat toimenpiteet."

Toimittajan huomautus: Kulissien takana kuvattujen tutkijoiden artikkeleita on tukenut kansallisen tiedesäätiön, jonka tehtävänä on rahoittaa perustutkimusta ja koulutusta kaikilla tieteen ja tekniikan aloilla. Tässä aineistossa esitetyt mielipiteet, havainnot, päätelmät tai suositukset ovat tekijän kirjoituksia eivätkä ne välttämättä kuvasta National Science Foundationin näkemyksiä. Katso kohtausten takana oleva arkisto.


Video Täydentää: The Genius of Charles Darwin 1 - Elämä (suomenkielinen tekstitys).




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com