Conosciuto come un sottoprodotto della produzione chimica di molti cosmetici e prodotti per la pulizia della casa, il solvente industriale 1, Il 4-diossano è ora considerato dall'Agenzia per la protezione dell'ambiente un "contaminante emergente" e "probabile cancerogeno per l'uomo" che può essere trovato in migliaia di siti di acque sotterranee a livello nazionale, rappresentando potenzialmente una sfida di bonifica ambientale multimiliardaria.

Però, è la frequente coesistenza del contaminante con un'altra sostanza chimica tossica—1, 1-Dicloroetilene (1, 1-DCE) - che è stato trovato per aiutare in 1, la resistenza del 4-diossano a determinate strategie di bonifica, compresa la degradazione da microbi presenti in natura.

Ora, I ricercatori del New Jersey Institute of Technology (NJIT) hanno dettagliato la scoperta del primo batterio noto in grado di degradare contemporaneamente la coppia di contaminanti chimici—1, 4-diossano e 1, 1-DCE. Lo studio, pubblicato in Lettere di scienze e tecnologie ambientali , mostra anche l'efficienza del microbo, chiamato Azoarcus sp. DD4 (DD4), nel ridurre 1, 4-diossano e 1, Livelli di 1-DCE in campioni di acque sotterranee co-contaminate.

"A livello nazionale, i ricercatori hanno scoperto che oltre l'80% dei siti di acque sotterranee contaminati da 1, Il 4-diossano contiene anche 1, 1-DCE, " disse Mengyan Li, assistente professore di chimica e scienze ambientali presso NJIT. "Questa coppia di sostanze chimiche è tossica e costosa da rimuovere dall'ambiente perché la coppia ha proprietà molto diverse che in genere richiedono soluzioni di trattamento separate. La biodegradazione da parte del DD4 è il primo metodo biologico che abbiamo trovato per trattare entrambi i composti contemporaneamente, ed è anche ecologico ed efficiente in termini di costi."

Il team di ricerca di Li ha inizialmente scoperto il microbo DD4 da campioni di fanghi attivi raccolti da un impianto di trattamento delle acque reflue municipali. Nel laboratorio, Il team di Li è stato in grado di isolare e analizzare la capacità di DD4 di degradare 1, 4-diossano e 1, 1-DCE contemporaneamente in campioni di acque sotterranee contaminate per un periodo di due settimane.

Applicando il microbo ai campioni di campo, Il team di Li ha osservato che la concentrazione di 1, Il 4-diossano è stato degradato da 10 parti per milione (10 ppm) o 3, 000 volte il limite del livello di guida dell'EPA di 0,35 parti per miliardo (0,35 ppb) - a meno di 0,38 ppb. Il laboratorio ha anche trovato 1, Livelli di concentrazione di 1-DCE ridotti da oltre 3 ppm a meno di 0,02 ppm.

In particolare, DD4 ha mostrato resistenza alla tossicità cellulare prodotta dai metaboliti di 1, 1-DCE, che tipicamente inibiscono la capacità di altri batteri in grado di degradarsi 1, 4-diossano. Il team di Li ha osservato che sebbene DD4 fosse parzialmente inibito nella sua capacità di degradare 1, 4-diossano quando quantità eccessive di 1, 1-DCE sono stati addizionati artificialmente ai campioni di acqua, 1, La capacità di degradazione del 4-diossano si è immediatamente ripristinata una volta che il microbo si è esaurito 1, 1-DCE.

"Globale, siamo rimasti colpiti dalle prestazioni di DD4, " ha detto Li. "Non abbiamo aggiunto sostanze nutritive come l'ammoniaca per il microbo di cui nutrirsi, o altri facilitatori che potrebbero aumentare l'attività del batterio. Questo ci ha dimostrato il potenziale di questo batterio per un uso futuro sul campo".

In un'analisi del corredo genetico di DD4, Il laboratorio di Li ha identificato un gene potenzialmente chiave correlato all'attività di degradazione chimica del microbo. Li dice che il gene codifica per un enzima, chiamato di-ferro monoossigenasi solubile (SDIMO), con capacità versatili di abbattere gli inquinanti chimici. "Vogliamo caratterizzarlo ulteriormente (questo enzima) per vedere se possiamo apprendere meglio il meccanismo alla base del modo in cui il DD4 degrada questi contaminanti". disse Li.

Insieme a DD4 1, 1-DCE-resistenza e capacità di degradare i co-contaminanti contemporaneamente, Li dice che il batterio possiede molti altri tratti chiave che lo rendono favorevole come potenziale soluzione di biorisanamento in siti di acque sotterranee contaminate, come la sua capacità di disperdersi liberamente attraverso l'acqua per riparare aree più grandi di contaminazione, piuttosto che aggregarsi come altri trattamenti batterici. Il microbo può anche essere coltivato rapidamente e può sopravvivere per lunghi periodi con una fonte di nutrienti limitata.

"Abbiamo testato il batterio a una temperatura refrigerata normale per tre giorni e la sua vitalità è rimasta al di sopra dell'80%, " disse Li. "Dopo una settimana, la metà era ancora viva. Ciò lo rende ancora più desiderabile perché sarebbe in grado di sopravvivere ai tempi di consegna dal laboratorio ai siti contaminati".

Il laboratorio di Li sta ora conducendo ulteriori test sul batterio in laboratorio per capire meglio come potrebbe funzionare il DD4 nei siti di acqua contaminata. Con i test di fattibilità già in corso, Li dice che il suo team potrebbe iniziare dimostrazioni sul campo di DD4 come soluzione per il trattamento dell'acqua per 1, 4-diossano e 1, Siti di contaminazione 1-DCE già dal prossimo anno.

"Idealmente, possiamo iniettare i batteri al centro di una zona di contaminazione, o prova a farli crescere sulla superficie di bio-barriere che aiutano a fermare la diffusione della contaminazione, " disse Li. "In primo luogo, vorremmo fare più test e possibilmente sviluppare un marcatore genetico che ci aiuti a valutare le prestazioni dei batteri. Quindi, vorremmo entrare in campo".