Идентифицированы потенциальные микроорганизмы и гены, влияющие на разложение «вечных химикатов»
Новое исследование выявило микроорганизмы, которые потенциально играют важную роль в разложении вредных пер- и полифторалкильных веществ (PFAS), известных как «вечные химикаты», и указало на функциональные гены, которые могут быть вовлечены в биологическую трансформацию этих соединений.
Хотя известно, что микроорганизмы способствуют трансформации PFAS, ключевые микроорганизмы и гены, ответственные за эти процессы, оставались в значительной степени неизвестными.
Статья, опубликованная в журнале Environmental Science & Technology, впервые применяет биоинформатические инструменты, традиционно используемые в медицинских областях, для изучения биотрансформации PFAS.
Цели исследования — помочь другим учёным понять, какие микробы могут влиять на судьбу PFAS в окружающей среде, и разработать технологии микробной трансформации для очистки от этих загрязнителей.
Биологическая очистка требует меньше инфраструктуры, более экономична и может применяться в труднодоступных местах. Однако она медленнее физико-химических методов и лучше подходит для территорий, которые не будут застраиваться в ближайшее время.
Исследование даёт подсказки для учёных, работающих в области биотрансформации PFAS, помогая им точнее определить цели для изучения. Экспериментаторы теперь могут использовать эту информацию для проверки связи определённых генов с путями трансформации.
Ранее были задокументированы микробные сообщества, способные трансформировать искусственные химикаты PFAS, которые содержатся в упаковке для пищевых продуктов, водостойкой одежде, антипригарной посуде и противопожарной пене.
Попадая в окружающую среду, включая воду, они биоаккумулируются в организмах и поднимаются по пищевой цепи с возрастающей концентрацией. С ними связывают снижение фертильности, проблемы развития у детей, высокий холестерин и различные виды рака.
В настоящее время PFAS можно удалить из воды с помощью фильтров с активированным углём и других методов сорбции. Для почв применяются физические методы, такие как высокотемпературная термическая обработка и выемка грунта. Некоторые микробы способны разрывать чрезвычайно прочные связи углерод-фтор в PFAS, что может трансформировать соединения.
Эти соединения созданы человеком, их природные аналоги не так широко распространены и не обладают такой же сложностью. Использование PFAS началось менее 100 лет назад, и воздействие этих химикатов, возможно, дало микробам возможность адаптироваться и развить пути для их трансформации.
В исследовании учёные собрали образцы почвы с загрязнённых участков, где микробные сообщества подвергались воздействию соединений в течение многих десятилетий.
Сначала с помощью сетевого анализа, основанного на относительной численности членов микробного сообщества в образцах, где наблюдалась биотрансформация PFAS, были определены взаимосвязи между микроорганизмами. Учёные полагают, что микробы работают в команде, а не поодиночке. Анализ учитывал различные почвы из разных географических мест и наличие различных соединений PFAS.
Во второй части исследования учёные использовали инструмент предсказания метагенома на основе секвенирования маркерных генов, чтобы изучить потенциальные функциональные гены (и экспрессируемые ими ферменты), способствующие биотрансформации PFAS. Секвенирование маркерных генов нацелено на небольшой участок генома, уникальный для каждой таксономической группы микроорганизмов, после чего с помощью биоинформатических подходов предсказывается остальная часть генома.