Bryan Berger sta affrontando una delle più grandi sfide ambientali dei tempi moderni:aria, contaminazione del suolo e dell'acqua causata da un gruppo di sostanze chimiche tossiche il cui uso diffuso e le cui conseguenze sulla salute umana stanno venendo alla luce solo ora a livello globale.

Nel suo laboratorio presso la School of Engineering dell'Università della Virginia, Berger, professore associato di ingegneria chimica, e il suo team di ricerca stanno sviluppando nuovi modi per liberare il pianeta dalle sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche, o PFAS, che sono utilizzati in un numero enorme di prodotti di consumo ma legati a gravi problemi di salute. Il gruppo di Berger sta indagando su una fonte molto improbabile, Cannabis sativa, o canapa industriale, un cavallo di battaglia fibroso noto per la sua moltitudine di usi benefici anche nei tessuti, antimicrobici e alimenti salutari.

Berger crede che la canapa industriale possa anche fornire il modo più ecologico per arginare un problema che sta crescendo da decenni.

Creazione di PFAS

Negli anni '40, gli ingegneri chimici hanno combinato una lunga serie di atomi di carbonio insieme al fluoro per creare una super sostanza con un legame chimico che è uno dei più forti conosciuti oggi nella chimica organica, quasi insensibile al degrado naturale. Gli scienziati devono ancora determinare un'emivita; una volta che è nell'ambiente, rimane lì.

La struttura chimica è così strettamente legata, disperde facilmente altre sostanze, una soluzione perfetta quando hai bisogno che le uova scivolino fuori dalle padelle antiaderenti, pioggia da ricamare su giacche o tessuti per resistere alle macchie. I militari hanno anche usato le sostanze chimiche per sopprimere gli incendi ad alto numero di ottani nelle basi di tutto il mondo.

Le applicazioni commerciali dei prodotti chimici hanno portato a più di 4, 730 varianti, e la produzione e la distribuzione su larga scala hanno avuto luogo per più di 60 anni.

Problemi identificati

Negli ultimi anni, numerosi studi sulla salute del National Institutes of Health, l'Agenzia per la protezione dell'ambiente e altre organizzazioni hanno riscontrato che i prodotti chimici perfluoroalchilici e polifluoroalchilici sono tossici, con collegamenti a vari tipi di cancro, malattie della tiroide e del fegato, condizioni neurologiche e problemi di salute riproduttiva.

Nel frattempo, le sostanze chimiche si sono infiltrate nelle riserve d'acqua, cibo e corpi delle persone, dove è stato dimostrato che si accumulano rapidamente. Ciò ha spinto l'Agenzia per la protezione dell'ambiente a emettere un avviso sulla salute a vita secondo cui le persone dovrebbero assumere solo 70 parti per trilione di due delle varianti più comuni, circa l'equivalente di una goccia in una piscina delle dimensioni di un campo da calcio se fosse profonda 40 piedi .

Possibili soluzioni

"Lo studio di soluzioni alla contaminazione da PFAS è importante per il nostro laboratorio come esempio di dove possiamo progettare un unico, soluzione biologica per affrontare un importante problema che interessa la salute umana e l'ambiente, " ha detto Berger, che porta un'ampia ricerca sulla canapa all'UVA e sta progettando altri usi per la pianta. "È anche una grande opportunità per noi di collaborare con altre facoltà di diverse discipline per affrontare le numerose sfide associate a questo lavoro".

I primi esperimenti che utilizzano la canapa per estrarre le tossine PFAS dal suolo sono stati incoraggianti. I membri del suo team stanno anche legando i PFAS a proteine ​​che poi possono essere degradate con enzimi. Il suo laboratorio sta esaminando in modo proattivo entrambe le strade, uno più bravo a rimuovere le sostanze chimiche dall'acqua e l'altro dal suolo.

"La canapa è una fantastica coltura di fitodepurazione, quindi è in grado di rimuovere cose come metalli pesanti e altri tipi di sostanze dal suolo e dalle acque sotterranee, " ha detto Berger, il cui lavoro prima di entrare a far parte di UVA Engineering nel 2018 si è concentrato in parte sull'utilizzo della capacità naturale della canapa di aspirare i contaminanti attraverso il suo sistema fibroso per pulire il terreno fuori dalle miniere di carbone in Pennsylvania.

"Ultimamente abbiamo ottenuto alcuni risultati davvero interessanti in cui abbiamo esaminato la capacità della canapa di sequestrare e rimuovere PFAS da campioni di acqua e suolo, " ha detto. "Potrebbe essere un modo per bonificare grandi quantità di terreno dove potrebbe esserci contaminazione coltivando qualcosa di valore su un terreno che altrimenti non ha valore".

In un luminoso, laboratorio al secondo piano di Wilsdorf Hall, dottorato di ricerca lo studente Madison Mann rimuove con cura una fiala di acido perfluoroottanoico concentrato, una delle varianti PFAS più diffuse, da dietro una cappa. Sta conducendo esperimenti alla ricerca di proteine ​​che si legano alle sostanze chimiche PFAS.

"Sto cercando di trovare un modo ecologico ed economico per sequestrare PFAS, e poi effettivamente degradarlo, " lei disse.

Mann ha anche recentemente terminato un esperimento in cui ha coltivato in idroponica piante di canapa in PFAS per vedere se avrebbero messo radici nella sostanza tossica, che hanno fatto abbastanza bene. Il prossimo passo nella sua ricerca riguarderà la catalogazione della quantità di PFAS, se del caso, viene assorbito dalle piante fibrose. Supponendo che le piante agiscano allo stesso modo degli altri metalli pesanti, il gruppo di ricerca sta già pensando a come separare le sostanze chimiche dal resto della pianta.

"Se riesci a scomporre i PFAS solo in anidride carbonica e fluoro, in qualche modo sbarazzarsi in modo sicuro del gas fluoro ovviamente, quindi hai un prodotto utilizzabile per un altro settore eliminando la sostanza tossica dall'ambiente, " lei disse.

Mentre il lavoro è ancora in fase di sviluppo, il gruppo vede la promessa su entrambi gli approcci per eliminare le tossine, anche se sono necessarie ulteriori ricerche.

"È bello avere una causa in cui credi e cercare di fare la differenza, " ha detto Mann.

Data la natura tossica del PFAS e la sua prevalenza, Berger ritiene che la loro ricerca potrebbe avere un impatto importante sulla salute sia degli animali che dell'ambiente.

"Spero che questo lavoro porti una maggiore consapevolezza degli importanti impatti ambientali e sanitari che i PFAS e altri contaminanti hanno sulla nostra vita quotidiana, "Berger ha detto, "e illustrare l'utilità dello sviluppo di strumenti biologici per cercare di risolvere questi problemi in modo rispettoso dell'ambiente, modo sostenibile. Abbiamo già alcuni risultati promettenti che indicano che i nostri approcci saranno efficaci e, importante, può essere implementato alla scala e al costo necessari per affrontare questa sfida nella pratica in Virginia e oltre".