تصور کنید که در حال نوشیدن یک فنجان قهوه صبحگاهی یا یک لیوان آب سرد و تازه هستید. در پس این عمل به ظاهر بی‌ضرر، یک تهدید پایدار پنهان است. این تهدید به صورت مواد شیمیایی “همیشگی” یا مواد پر و پلی‌فلوروآلکیلی (PFAS) ظاهر می‌شود و دانشمندان کشف کرده‌اند که این مواد به برخی باکتری‌ها آسیب‌پذیر هستند.
اما قبل از اینکه نوشیدن شما به ترس تبدیل شود، یک راه‌حل امیدوارکننده وجود دارد – یک تیم از باکتری‌های سرسخت که به نظر می‌رسد استعداد خاصی در نفوذ به این مواد شیمیایی سرسخت PFAS دارند.
قهرمانان داستان ما باکتری‌هایی از جنس Acetobacterium هستند. این تحقیق توسط یوجیه من، استاد دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید رهبری شده است. چرا و چگونه باکتری‌ها در نبرد با PFAS اهمیت دارند؟
شکستن ناپذیرها
PFAS به دلیل پیوندهای بسیار قوی کربن-فلورین خود به عنوان “مواد شیمیایی همیشگی” شناخته می‌شوند و این باعث می‌شود که این مواد در محیط زیست بسیار پایدار باشند.
همانطور که می‌توانید حدس بزنید، این پایداری چالش بزرگی در تصفیه منابع آب آلوده ایجاد می‌کند.
با این حال، باکتری‌های Acetobacterium که به طور معمول در محیط‌های فاضلابی در سراسر جهان یافت می‌شوند، توانایی منحصر به فردی در شکستن این پیوندهای سرسخت نشان داده‌اند.
این توانایی در مطالعه‌ای که توسط تیم تحقیقاتی UCR در مجله Science Advances منتشر شده بود، نشان داده شد.
یوجیه من، نویسنده اصلی این مطالعه گفت: “این اولین کشف یک باکتری است که می‌تواند فلورین‌زدایی احیایی از ساختارهای PFAS انجام دهد.”
با این حال، او به یک محدودیت اشاره کرد – این باکتری‌ها فقط روی ترکیبات PFAS غیراشباع که حاوی پیوندهای دوگانه کربن-کربن هستند مؤثر بودند.
آنزیم‌ها، باکتری‌ها و PFAS
فقط باکتری‌ها قهرمان اینجا نیستند – سلاح‌های آنها نیز نام‌هایی دارند. این سلاح‌ها، یا آنزیم‌ها، تغییر دهنده واقعی بازی هستند. آنزیم‌ها پروتئین‌هایی هستند که به عنوان کاتالیزور برای واکنش‌های بیوشیمیایی عمل می‌کنند.
پس از بررسی دقیق دوستان میکروبی ما، دانشمندان توانستند آنزیم‌های خاصی را که مسئول شکستن پیوندهای کربن-فلورین هستند، شناسایی کنند.
این کشف بسیار هیجان‌انگیز است، زیرا می‌تواند راه را برای ایجاد آنزیم‌های مؤثرتر باز کند.
یوجیه من با خوش‌بینی گفت: “اگر بتوانیم مکانیزم را درک کنیم، شاید بتوانیم آنزیم‌های مشابه را بر اساس ویژگی‌های مولکولی شناسایی شده پیدا کنیم و مؤثرترها را غربال کنیم.”
حذف PFAS از آب با باکتری‌ها
استفاده از باکتری‌ها برای تصفیه آب‌های زیرزمینی نه تنها ممکن بلکه مقرون به صرفه نیز است.
این فرآیند شامل تزریق آب آلوده با گونه‌های باکتری ترجیحی به همراه مواد مغذی برای افزایش جمعیت آنهاست.
این روش به میکروارگانیسم‌ها اجازه می‌دهد تا آلاینده‌ها را قبل از رسیدن آب به شیرها و چاه‌های ما نابود کنند.
نیاز به چنین راه‌حل‌هایی با محدودیت‌های اخیر اعمال شده توسط آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) حتی بحرانی‌تر می‌شود.
EPA اکنون حضور برخی ترکیبات PFAS در آب لوله‌کشی را به فقط چهار قسمت در تریلیون محدود کرده است. این مقررات جدید آب‌رسان‌ها را به یافتن راه‌حل‌های پاکسازی PFAS وا داشته است.
سپیده‌دمی جدید برای پاکسازی PFAS
موفقیت باکتری‌ها و راه‌حل‌های میکروبیولوژیکی در خنثی‌سازی PFAS درها را به سوی بررسی پتانسیل این میکروب‌های مقاوم در برابر دیگر مواد شیمیایی پایدار باز کرده است.
برای مثال، بیایید به پلی‌کلروبی‌فنیل‌ها (PCBs) و دیوکسین‌ها فکر کنیم، دو آلاینده محیطی معروف.
PCBs که به طور تاریخی در کاربردهای صنعتی مختلف استفاده می‌شدند، به مقاومت در برابر تجزیه طبیعی شناخته شده‌اند و خطرات قابل توجهی برای سلامت انسان و اکوسیستم‌ها ایجاد می‌کنند.
به طور مشابه، دیوکسین‌ها، محصولات جانبی فرآیندهای صنعتی مختلف، بسیار سمی هستند و با اثرات جدی سلامتی از جمله سرطان و مشکلات تولید مثل مرتبط هستند.
قطارهای دیگر برای درمان مواد شیمیایی همیشگی
همانطور که Acetobacterium در برابر PFAS نوید داده است، تیم‌های تحقیقاتی در سراسر جهان در حال بررسی سویه‌های میکروبی دیگر هستند که ممکن است در برابر PCBs و دیوکسین‌ها مؤثر باشند.
با رمزگشایی مسیرهای آنزیمی و ویژگی‌های ژنتیکی که به این میکروب‌ها اجازه می‌دهد به چنین ساختارهای شیمیایی مقاومی حمله کنند، دانشمندان نسبت به توسعه روش‌های نوآورانه و پایدار برای پاکسازی سایت‌های آلوده امیدوار هستند.
ترکیب میکروبیولوژی و علم محیط زیست بنابراین آینده‌ای امیدوارکننده را نوید می‌دهد که در آن موجودات طبیعی نقش محوری در بازسازی و حفظ خلوص منابع آبی ما ایفا می‌کنند.
اهمیت مطالعه
تحقیقات یوجیه من به شناسایی باکتری‌ها و آنزیم‌های آنها محدود نمی‌شود. او در رویکرد خود به مقابله با آلودگی PFAS فعال بوده است.
سال گذشته، من موجودات میکروبی دیگری را شناسایی کرده بود که پیوند کربن-کلر را در ترکیبات PFAS کلردار می‌شکستند و منجر به نابودی آلاینده‌ها می‌شدند.
کشف اخیر او دامنه ترکیبات PFAS را که می‌توان با استفاده از برخی باکتری‌ها به‌طور بیولوژیکی نابود کرد، گسترش می‌دهد.
در دنیایی که مواد شیمیایی سبک زندگی ما را پایه‌گذاری کرده‌اند اما تهدیدهای نامرئی نیز ایجاد می‌کنند، بسیار مهم است که مرزهای علم را برای راه‌حل‌ها گسترش دهیم.
همانطور که ما به نوشیدن آب خود ادامه می‌دهیم و زیر آفتاب گرم لذت می‌بریم، بیایید از قهرمانان ناپیدا – مانند باکتری‌های Acetobacterium و محققانی مانند یوجیه من – که بی‌وقفه برای اطمینان از ایمنی آب ما کار می‌کنند، قدردانی کنیم.
این مطالعه در مجله Science Advances منتشر شده است.
