Nova studija identifikuje mikrobe koji potencijalno igraju važnu ulogu u razbijanju štetnih hemikalija per- i polifluoroalkil supstanci (PFAS) – takođe poznatih kao zauvek hemikalije – i ukazuje na funkcionalne gene koji mogu biti uključeni u biološkoj transformaciji ovih jedinjenja.
Iako je poznato da mikroorganizmi olakšavaju transformaciju PFAS, ključni mikroorganizmi i geni odgovorni za ove procese su uglavnom nepoznati.
Rad objavljen u časopisu Nauka o životnoj sredini i tehnologija pionir je u primeni bioinformatičkih alata koji se konvencionalno koriste u medicinskim oblastima i po prvi put ih primenjuje na proučavanje biotransformacije PFAS.
„Ciljevi su pomoći drugim istraživačima da shvate koji mikrobi mogu da utiču na sudbinu PFAS-a u životnoj sredini i razviju tehnologije mikrobne transformacije za tretiranje ovih zagađivača kao što mi radimo sa drugim zagađivačima“, rekla je Natali Kapiro, docent na Odseku za biološki inženjering i inženjerstvo zaštite životne sredine. Visoka škola za poljoprivredu i prirodne nauke i viši autor studije.
„Biološki tretman zagađivača ne zahteva mnogo infrastrukture, ekonomičniji je i može se primeniti na teško dostupnim lokacijama“, rekao je Kapiro. Najbolje se koristi za područja koja se neće uskoro razviti jer su mikrobi spori u odnosu na fizičko-hemijske metode, rekla je ona.
„Studija pruža tragove sledećim naučnicima koji rade u oblasti biotransformacije PFAS kako bi im pomogli da izoštre ono na šta pokušavaju da ciljaju“, rekao je Sheng Dong, postdoktorski istraživač u Kapirovoj laboratoriji i glavni autor rada.
Drugi istraživači koji sprovode eksperimentalni rad sada mogu koristiti ove informacije da bi potvrdili da su neki od ovih gena povezani sa ovim putevima transformacije, rekao je Dong.
Naučnici su ranije dokumentovali mikrobne zajednice u životnoj sredini sposobne da transformišu ljudske PFAS hemikalije, koje se nalaze u ambalaži hrane, vodootpornoj odeći, nelepljivom posuđu i peni koja gasi požare na bazi goriva.
Jednom kada dođu u okolinu, uključujući vodu, bioakumuliraju se u organizmima i podižu se u lancu ishrane u sve većim koncentracijama. Oni su povezani sa nižom plodnošću, problemima u razvoju kod dece, visokim holesterolom i raznim vrstama raka.
Trenutno, zauvek hemikalije mogu da se uklone iz vode pomoću filtera sa aktivnim ugljem i drugih tehnika tretmana sekvestracije. U zemljištu, trenutne tehnologije uključuju fizičke metode kao što su toplota visoke temperature i iskopavanje za uklanjanje ovih jedinjenja iz okoline. Neki mikrobi mogu da razbiju izuzetno jake veze ugljenika sa fluorom koje se nalaze u hemikalijama PFAS, koje zatim mogu da transformišu jedinjenja.
„Ova jedinjenja su napravljena od strane čoveka i analozi u prirodi nisu toliko rasprostranjeni i nemaju istu složenost“, rekao je Kapiro.
Ljudi su počeli da koriste PFAS hemikalije pre manje od 100 godina. Od tada, izloženost hemikalijama je verovatno dala mikrobima priliku da se prilagode i razviju puteve za njihovu transformaciju.
U studiji, istraživači su prikupili uzorke tla sa kontaminiranih lokacija na kojima su mikrobne zajednice bile izložene jedinjenjima dugi niz decenija.
Prvo, Dong i kolege su koristili metode mrežne analize zasnovane na relativnom obilju članova mikrobne zajednice u uzorcima, gde je uočena biotransformacija PFAS, da bi utvrdili odnose između mikroorganizama.
„Verujemo da mikrobi rade u timu, a ne samo jedan“, rekao je Dong. „Tražili smo obrasce i da li su određeni mikrobi uvek bili prisutni.“ Takođe su razmatrali različita tla prikupljena sa različitih geografskih lokacija i prisustvo različitih PFAS jedinjenja.
U drugom delu studije, istraživači su koristili alatku za predviđanje metagenoma, zasnovanu na sekvenciranju markerskih gena da bi istražili potencijalne funkcionalne gene (i enzime koje oni eksprimiraju) koji doprinose biotransformaciji PFAS. Sekvenciranje gena markera cilja na mali deo genoma koji je jedinstven za svaku taksonomsku grupu mikroba, a Dong i kolege su zatim primenili bioinformatičke pristupe da predvide ostatak genoma.
Koautori su Peng-Fei Ian, postdoktorski istraživač u Capirovoj laboratoriji.
