Sebbene non sia presente sulla maggior parte delle etichette degli ingredienti dei prodotti, lo stabilizzatore chimico organico e il sottoprodotto di fabbricazione, 1, 4-diossano, può essere trovato in innumerevoli articoli per la casa di tutti i giorni, da shampoo e cosmetici a detersivi per bucato e antigelo.

In parte a causa del suo uso diffuso per molti decenni, la sostanza chimica è stata ora implicata dall'Environmental Protection Agency (EPA) come "contaminante emergente preoccupante" nelle acque sotterranee e nei siti di acqua potabile negli Stati Uniti, senza un metodo efficace per la sua rimozione ancora stabilito.

Ora, gli scienziati del New Jersey Institute of Technology (NJIT) hanno scoperto un raro enzima nei batteri con la capacità di degradare il "probabile cancerogeno per l'uomo" e il contaminante dell'acqua, 1, 4-diossano.

I ricercatori affermano che la scoperta potrebbe aiutare a portare a mezzi più efficaci per il trattamento dell'acqua contaminata da questa sostanza chimica altamente solubile, noto per la sua resistenza ai tradizionali sforzi di purificazione e trattamento dell'acqua.

La ricerca è pubblicata sulla rivista dell'American Chemical Society Lettere di scienze e tecnologie ambientali .

"Molti prodotti che usiamo ogni giorno utilizzano una miscela di oltre 100 sostanze chimiche, e non ci rendiamo conto che alcuni di essi contengono tracce di 1, 4-diossano che viene lavato nei nostri scarichi e rilasciato nell'ambiente, " ha detto il dottor Mengyan Li, assistente professore di chimica e scienze ambientali presso NJIT. "Un'esposizione una tantum non è estremamente tossica, ma la contaminazione nell'acqua potabile può avere un effetto cronico che aumenta il rischio di cancro.

"Quello che stiamo facendo è studiare i microbi che consumano effettivamente questo contaminante come cibo, " Li ha spiegato. "Speriamo che questa ricerca possa attirare l'attenzione del pubblico sull'idea che i batteri possono essere molto efficaci nella rimozione di contaminanti come 1, 4-diossano dall'ambiente o tramite sedi ingegnerizzate."

Nel loro studio, I colleghi di ricerca di Li e NJIT Daiyong Deng e Fei Li hanno analizzato un enzima chiave associato alle insolite capacità metaboliche del Mycobacterium dioxanotrophicus PH-06, un microbo in grado di nutrirsi di 1, 4-diossano come fonte primaria di energia.

Il laboratorio di Li è stato in grado di identificare e caratterizzare il ruolo critico di un enzima, propano monoossigenasi, che apre la strada alla decomposizione 1, La struttura circolare stabile del 4-diossano in modo che possa essere convertito in carburante per i batteri.

"Ciò che fa 1, 4-diossano così stabile e difficile da decomporre è che ha una struttura circolare, " ha detto Li. "Quello che fa questo enzima batterico è il compito più difficile ... inizia a smontare questa struttura circolare e a romperla in modo che possa essere più facilmente degradata da altri enzimi.

"Si potrebbe pensare a questo enzima come alla guida della carica di un esercito che sta assediando una fortezza fortemente protetta, Li ha aggiunto. "E' in prima linea a fare breccia in modo che i rinforzi possano unirsi".

1, Punti caldi del 4-diossano per il consumo

Dagli anni Cinquanta, 1, Il 4-diossano è ampiamente conosciuto come stabilizzante per solventi clorurati o come sottoprodotto di fabbricazione della pasta di legno, tessili, elettronica e altri prodotti. Però, nel 2016 l'EPA comprendeva 1, 4-diossano nella sua lista iniziale di 10 sostanze chimiche previste per la valutazione del rischio umano e ambientale in base alle riforme del Toxic Substances Control Act approvate dall'amministrazione Obama.

Secondo i dati dei test sulla qualità dell'acqua dei servizi di pubblica utilità locali negli Stati Uniti tra il 2010 e il 2015, 7 milioni di persone in 27 stati sono servite da reti idriche pubbliche con un 1, concentrazione di 4-diossano nella loro acqua potabile superiore a 0,35 parti per miliardo (ppb), un livello di concentrazione che può aumentare marginalmente il rischio di cancro. Secondo l'EPA, 0,35 ppb è un livello di concentrazione di riferimento che rappresenta un 1-in-1, 000, 000 rischio di cancro nel corso della vita. A 35 ppb, il rischio aumenta a 1 su 10, 000.

"1, Il 4-diossano è miscibile con l'acqua e questo è ciò che lo rende un problema, " ha spiegato Li. "Molti inquinanti organici non sono del tutto solubili in acqua quindi mantengono una certa area di contaminazione e non si diffondono. In contrasto, 1, Il 4-diossano è estremamente solubile, quindi migrerà... può muoversi ovunque".

Diversi hot spot nazionali per livelli eccessivi di 1, Recentemente sono emersi 4-diossano nell'acqua potabile, particolarmente nelle regioni popolate come Long Island, N.Y., con le aree della contea di Nassau che raggiungono i livelli di concentrazione più alti della nazione a 12 ppb. I funzionari del Dipartimento della salute dello Stato di New York hanno stimato che i costi iniziali di pulizia dello stato potrebbero ammontare a 2,5 miliardi di dollari.

"Nella nostra indagine sul fiume Hackensack nel New Jersey, abbiamo trovato punti caldi con un'alta concentrazione di oltre 5 ppb, che è almeno 10 volte superiore al livello di guida EPA, " ha detto Li. "Ma questo non è solo un problema a Long Island e nel New Jersey ... può essere un problema a livello globale perché tutti usano prodotti come shampoo e detergenti quasi ogni giorno".

Secondo i dati più recenti sulle emissioni nell'ambiente dall'inventario delle emissioni di tossine dell'EPA, circa 675, 000 libbre di 1, Il 4-diossano è stato rilasciato nell'ambiente nel 2015.

Insieme all'aumento della sostanza chimica rilasciata nell'ambiente, anche i costi di pulizia stimati in località calde come Long Island sono aumentati a tal punto a causa della mancanza di approcci economici e sicuri per l'ambiente per trattare il problema.

Li dice che alcuni approcci correttivi, come il trattamento con sostanze chimiche ossidanti, possono essere troppo costosi e non sono noti per essere ecologici. Altri sforzi che applicano assorbenti per intrappolare i contaminanti dell'acqua richiedono in genere un trattamento aggiuntivo per prevenire problemi di smaltimento in terra in cui la sostanza chimica concentrata viene rilasciata nell'ambiente.

"Pensiamo che il modo migliore per andare avanti sia far mangiare ai microbi 1, 4-diossano, " ha detto Li. "Essi eliminano naturalmente questo contaminante convertendolo nella loro biomassa e in anidride carbonica. Quando affronti questioni ambientali su larga scala come 1, contaminazione da 4-diossano, è meglio avere una soluzione sostenibile."

Il laboratorio di Li sta ora cercando di sviluppare nuovi approcci per monitorare e accelerare le prestazioni dell'enzima batterico appena scoperto. Il team sta anche esplorando modi per aumentare l'applicazione di 1, Batteri che consumano 4-diossani per l'uso sul campo. Con più studio, Il laboratorio di Li spera presto di dimostrare la fattibilità di 1 a base di microbi, Sforzi di bonifica del 4-diossano al di fuori del laboratorio.

"Ci sono numerosi fattori ambientali che potrebbero influenzare le prestazioni dei microbi se dovessi semplicemente iniettare queste colture direttamente in luoghi di contaminazione, quindi dobbiamo studiarlo ulteriormente, " disse Li. "Tuttavia, le strutture per l'acqua potabile possono essere in grado di utilizzare strutture aggiuntive come bioreattori o filtri biologicamente attivi in ​​cui l'acqua passa attraverso il sistema, e i batteri all'interno consumano 1, 4-diossano in modo che lo scarico sia acqua pulita. Potrebbe essere un trattamento che applichiamo, e credo che ci stiamo arrivando".