Einzigartige Bakterien bekämpft künstlichen chemischen durcheinander

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Forscher haben einen Bakterien-Stamm entwickelt, der einzigartig wirksam bei der erniedrigende die toxischen Industriechemikalien, bekannt als PCB oder polychlorierte Biphenyle.

PCB sind giftige synthetische organische Chemikalien, die für die menschliche Gesundheit und die Umwelt gefährden.

Die Environmental Protection Agency hat PCB als potenziellen menschlichen Karzinogene bekannt, die immun, reproduktive, nervös und endokrine Systeme von Menschen und anderen Tieren beeinträchtigen eingestuft. Verwendet in US industrielle und gewerbliche Anwendungen, wurden PCB von 1929 bis 1979 verboten hergestellt. Pellets sind resistent gegen Abbau sind PCB in der Umwelt noch vorhanden.

Schwierig zu erniedrigen

Bereinigen von PCB in den meisten Fällen beinhaltet PCB-beladenen Boden Ausbaggern und Verbrennung des Bodens oder in einer sicheren Deponie Hinterlegung. Diese Sanierungsmaßnahmen sind teuer. General Electric, verbrachte beispielsweise $ 561 Millionen um auszubaggern und Stapel 2,6 Millionen Kubikellen des Hudson River Sediment mit PCB kontaminiert. Auch nach Baggerarbeiten bleiben oft PCB in umgebenden Felsen eingebettet.

Die Chloratome in PCB machen diese Chemikalien, giftige und schwer zu beeinträchtigen. Obwohl es natürlich PCB-abbauenden Bakterien in der Umwelt vorkommende sind, sind sie langsam zum Abbau der Chemikalie. Natürliche in-situ Dechlorierung von stark chlorierten PCBs tritt unter anaeroben Bedingungen in Höhe von rund 5 Prozent pro Jahrzehnt. Dies bedeutet, dass PCB in der Umwelt für eine sehr lange Zeit anhalten können.

Die Bioremediation Consulting Inc., mit Unterstützung der National Science Foundation kleine Business Innovation Research Program, ist es gelungen, eine robuste PCB-abbauenden Bakterien in großen Mengen, Kultur dieses Problem der öffentlichen Gesundheit zu mildern könnte.

Die Lösung

Bisher waren Forscher nicht in der Lage, diese robusteren Bakterien wegen ihrer starken Bindung an Sedimenten zu isolieren.

Margaret Findlay, BCI-Präsident und führen Wissenschaftler und Dr. Samuel Fogel, BCI-Vizepräsident und Projektwissenschaftler, konnten jedoch eine Kultur entwickeln – ein Mitglied der Gattung Dehalococcoides – die sie seitdem kommerziell zur Verfügung gestellt haben. Die Forscher konnten entfernt Bakterien aus einer Grundwasser-Probe von einem Standort in New Jersey zu necken. Das Team verwendet bekannte Mineralien wie Natrium-Chlorid, Ammoniumchlorid, Phosphat und Spurenelementen, um die Wachstumsmedien bilden.

Die Bakterien in der Kultur gewachsen sind nicht pathogen und sollte nicht dazu führen, dass Nebenwirkungen in der natürlichen Umgebung, nach Einschätzung der Forscher. Die kultivierten Bakterien verändern auch nicht den pH-Wert des Wassers, so dass die Konzentration der verbleibenden Salzsäure, die die Bakterien produzieren auf Ebene 1 - oder 2-Teile pro Million.

Mit der NSF SBIR Grant produziert BCI große Mengen von Bakterien, ihre Wirksamkeit zu testen, bei der Neutralisierung von PCBs durch Chloratome entfernen.

Der BCI-Kultur zeigte seine Fähigkeit, einzelsträngiger 1260, eine gemeinsame kommerzielle Mischung aus etwa 60 chemisch ähnlichen Leiterplatten mit 6 bis 8 Chlorines pro Molekül zu degradieren. Innerhalb von 18 Wochen wurden 44 Prozent der PCB mit 6 bis 8 Chlorines PCB umgewandelt, die 4 bis 6 Chlorines hatte. Ähnliche Ergebnisse wurden mit einem anderen PCB-Mischung, einzelsträngiger 1254 gesehen.

Der BCI Durchbruch hat das Potenzial, ein kostengünstiger Ersatz der Baggerarbeiten und den Transport von Erde auf Deponien werden.

Wie es funktioniert

Die PCB-abbauenden Bakterien reduzieren die Anzahl der Chlorines im Molekül APEO. Dann, wie Bedingungen mehr Sauerstoff geworden, allgemeine aerobe Bakterien können weiter entchloren das Molekül, sowie brechen die Kohlenstoff-Ringe, die APEO Moleküle zusammenzuhalten.

"Das wichtigste ist, dass man Chlorines auf die stark chlorierten PCB... abschlagen, weil einige von ihnen haben Dioxin-Eigenschaften, die besonders toxisch sind", sagte Fogel. Sobald Sie sich bis auf zwei, drei oder vier Chlorines, sagte er, können aerobe Bakterien die Biphenyle verstoffwechseln.

Die Dechlorierung Prozess mithilfe der PCB-abbauenden Bakterien ist sehr komplex. Der Mechanismus umfasst PCBs Rolle als ein Elektron Akzeptor.

"PCB Elektronen Akzeptoren sind", sagte Fogel. "Um die Elektronen fließen haben, benötigen Sie einen Elektron Spender. In der Regel ist [Geber] ein Zuckermolekül oder einem Material wie Milchsäure, die Bakterien vergären können. Die Fermentationsprodukte gehört molekularem Wasserstoff, und molekularer Wasserstoff entpuppt sich als der ultimative Elektron Spender, mit denen diese Bakterien Chlorines hauen."

Die Bakterien nutzen H2 Gas, produziert von anderen natürlich vorkommenden Bodenbakterien, als Energiequelle, während der Vergärung von Zucker oder Fett. H2 fungiert als ein Elektron Spender zu PCB. Die Bakterien Enzyme, Dehalogenases, haben eine aktive Website mit Vitamin B12, die ein starkes Reduktionsmittel wird. Das Wasserstoffgas wird Kobalt in der Dehalogenases verringert, die wiederum den Bruch an die Chlor-Anleihen in PCB, das Chloratom durch ein Wasserstoffatom ersetzt katalysiert.

Sobald reduktive Dechlorierung Auftritt – der Prozess, in dem die PCB Elektronen gewonnenen – die Bakterien lassen ein Substrat, das aerobe Bakterien angreifen können. Die aeroben Bakterien brechen die PCB aromatische Ringe, und das Endprodukt ist mineralisierte Kohlendioxid und Salzsäure.

Forschungsgeschichte

Findlay, Fogel und ihr Team haben beteiligt, seit 1993 Dehalococcoides-wie Bakterien zu studieren. Die Forscher haben beobachtet, dass mit den vorhandenen Bakterien reduktive Dechlorierung im anaeroben Grundwasser aufgetreten, die mit Trichlorethylen verunreinigt war.

Unternehmen kamen an BCI anfordern Bewertung von kontaminiertem Grundwasser zu sehen, ob reduktive Dechlorierung von TCE möglich war. Für Kunden, die bereits die notwendigen Bakterien in ihre Grundwasser vorhanden, könnte BCI die Wirkung der Bakterien verstärken, durch Hinzufügen des richtigen Elektron Spenders und optimale biochemischen Voraussetzungen. Allerdings gab es Kunden, deren Grundwasser nicht die Bakterien Hafen, so dass Bakterien initiierte Dechlorierung nicht auftraten.

BCI-Forscher löste dieses Problem durch wachsende Dehalococcoides unter anaeroben Bedingungen in einem Mineral Salz Medien und Versorgung der Bakterien im Handel für Kunden deren Grundwasser den Organismus fehlte.

Die Forscher erkannte bald, dass gab es eine Dehalococcoides-Belastung in der Lage, aromatische Verbindungen wie Trichlorobenzenes entchloren.

Routinemäßige Prüfung des Grundwassers mit TCB, TCE und PCB führte BCI Forscher glauben, dass Dehalococcoides PCB in nicht-Laborbedingungen, am realen Altlasten entchloren könnte. Wissenschaftliche Literatur, vor allem, der von S. H. Zinder und J. M. Gossett an der Cornell University und L. Adrian auf Technische Universitat, Berlin, die Dehalococcoides begrenzte PCB entchloren bewiesen, auch dieser Überzeugung unterstützt.

Die Forscher auch wusste, dass es verschiedene Stämme von Dehalococcoides — der gleichen Gattung und Arten, aber verschiedene Sorten.

"Wir wurde überzeugt aus der Literatur, die Dehalococcoides wichtige Organismus zu behandeln, werden würde, was unseres Erachtens, die letzte Grenze der Bioremediation," sagte Fogel. "PCB sind, die letzte Grenze, in dem Sinne, dass es keine andere Gruppe von chlorierten Verbindungen gibt – oder für diese Angelegenheit keine chemischen — das ist schwieriger, als PCB biologisch abbaubar."

Mit einem Stipendium des Electric Power Research Institute getestet BCI Forscher Client bereitgestellte Grundwasser Proben mit TCB, PCB, TCE und Dehalococcoides zu beurteilen, ob die Belastung von Bakterien aus diesen Proben gut geeignet, um das Grundwasser PCB biologisch abbaubar sein würde. Die Bakterien entfernt effizient Chlorines.

Mit diesem Erfolg verlagert BCI Forscher Aufmerksamkeit auf die wachsende Kultur dieses PCB-abbauenden Organismus.

Jetzt kann BCI Bakterienkulturen zur Behandlung von PCB-kontaminierten Grundwasser oder Boden bieten. Die Bakterien werden voraussichtlich reduktive Dechlorierung ex-Situ und in-situ durchgeführt, die potenziell die Notwendigkeit Schaufler-PCB belasteten Boden beseitigen zu können.

BCI-Forscher sind Information der Bevölkerung und die Sanierung über ihren Durchbruch und verfolgt neue Wege, um die technische Anwendung dieser Erkenntnis anpassen.

BCI-Forscher hatten eine lange Reise mit PCB, weil sie die Umwelt verbessern möchten.

"Wenn Sie heute entlang des Hudson River fahren, sehen Sie Berge von Sediment... ausgebaggert aus dem Boden," sagte Fogel. Aber, "... vielleicht sollte [wir] biologische Methoden nutzen, [um sie beheben]... "Hier sind wir bei BCI, Umweltwissenschaftler, die wollen eine Änderung vornehmen, damit wir durch die notwendigen Schritte gehen."

Anmerkung der Redaktion: Dargestellt, die Forscher in Behind the Scenes Artikel von der National Science Foundation, der Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik unterstützt wurden. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.