Dans la quête pour retirer le «pour toujours» des «produits chimiques pour toujours», les bactéries pourraient être notre allié.
La plupart des assaisonnements de substances per- et polyfluoroalkyle (PFAS) impliquent les adsor et les piégeant, mais certains microbes peuvent en fait briser les fortes liaisons chimiques qui permettent à ces produits chimiques de persister si longtemps dans l’environnement.
Maintenant, une équipe dirigée par UB a identifié une souche de bactéries qui peut se décomposer et transformer au moins trois types de PFA et, peut-être encore plus cruciale, certains des sous-produits toxiques du processus de réalisation de liaisons.
Publié dans le numéro de ce mois-ci de Science de l’environnement totalL’étude de l’équipe a révélé que Labrys Portucalensis F11 (F11) a métabolisé plus de 90% de l’acide perfluorooctane sulfonique (SPFP) après une période d’exposition de 100 jours. Le SPFO est l’un des types de PFA les plus fréquemment détectés et les plus persistants et a été désigné dangereux par l’Agence américaine de protection de l’environnement l’année dernière.
Les bactéries F11 ont également brisé une partie substantielle de deux types supplémentaires de PFA après 100 jours: 58% de l’acide carboxylique du fluorotelomère 5: 3 et 21% de sulfonate de fluorotelomère 6: 2.
«La liaison entre les atomes de carbone et de fluor dans les PFA est très forte, donc la plupart des microbes ne peuvent pas l’utiliser comme source d’énergie. La souche bactérienne du F11 a développé la capacité de couper le fluor et de manger le carbone », explique l’auteur correspondant de l’étude, Diana Aga, professeur distingué SUNY et président de Henry M. Woodburn au Département de chimie, College of Arts and Sciences et directeur de l’Institut UB Renew.
Contrairement à de nombreuses études antérieures sur les bactéries dégradées par le PFAS, l’étude de l’AGA a représenté des produits de dégradation de la chaîne plus courte – ou des métabolites. Dans certains cas, F11 a même éliminé le fluor de ces métabolites ou les a brisés à des niveaux indemnes et indétectables.
Le travail a été soutenu par l’Institut national des sciences de la santé environnementale, qui fait partie des National Institutes of Health. Les autres collaborateurs incluent l’Université catholique du Portugal, l’Université de Pittsburgh et le Waters Corp.
Les PFA sont un groupe de produits chimiques omniprésents largement utilisés depuis les années 1950 dans tout, des casseroles antiadhésives aux matériaux de lutte contre les incendies.
Ils sont loin du repas de choix pour toute bactérie, mais certains qui vivent dans un sol contaminé ont muté pour décomposer des contaminants organiques comme les PFA afin qu’ils puissent utiliser leur carbone comme source d’énergie.
«Si les bactéries survivent dans un environnement sévère et pollué, c’est probablement parce qu’ils se sont adaptés pour utiliser les polluants chimiques environnants comme source de nourriture afin qu’ils ne meurent pas de faim», explique Aga. «Grâce à l’évolution, certaines bactéries peuvent développer des mécanismes efficaces pour utiliser des contaminants chimiques pour les aider à se développer.»
Les collaborateurs de l’Université catholique du Portugal ont placé F11 dans des flacons scellés sans source de carbone à part 10 000 microgrammes par litre de PFAS. Après des périodes d’incubation entre 100 et 194 jours, les échantillons ont ensuite été expédiés à UB, où l’analyse a révélé que F11 avait dégradé certains des APF.
Les niveaux élevés d’ions fluorures détectés dans ces échantillons ont indiqué que F11 avait détaché les atomes de fluor des PFAS afin que les bactéries puissent métaboliser les atomes de carbone.
«La liaison carbone-fluor est ce qui rend les PFA si difficiles à décomposer, donc les casser est une étape critique. Surtout, le F11 n’était pas seulement coupé des SPFO en morceaux plus petits, mais aussi en supprimant le fluor de ces petits morceaux », explique Wijayahena.
Certains des métabolites laissés contenaient du fluor, mais après avoir été exposé à des SPFO pendant 194 jours, F11 avait même retiré le fluor de trois métabolites PFOS.
«En tant que mise en garde, il pourrait y avoir d’autres métabolites dans ces échantillons si minuscules qu’ils échappent aux méthodes de détection actuelles», explique Aga.
Alors que les chercheurs d’UB disent que leur étude est un bon début, ils mettent en garde que le F11 a mis 100 jours à biodégrader une partie importante des PFA fourni, et aucune autre source de carbone n’était disponible pour la consommation.
L’équipe prévoit désormais de rechercher comment encourager la F11 à consommer des PFAS plus rapidement, même lorsqu’il existe des choix énergétiques concurrents qui pourraient augmenter leur taux de croissance.
«Nous voulons étudier l’impact de la mise en place de sources de carbone alternatives aux côtés des PFA. Cependant, si cette source de carbone est trop abondante et facile à dégrader, les bactéries peuvent ne pas avoir besoin de toucher le PFAS du tout », explique Aga. «Nous devons donner aux colonies F11 suffisamment de nourriture pour cultiver, mais pas assez de nourriture pour qu’ils perdent l’incitation à convertir les PFA en une source d’énergie utilisable.»
Finalement, F11 pourrait être déployé dans l’eau et le sol contaminés par les PFAS. Cela pourrait impliquer de créer des conditions pour cultiver la souche dans les boues activées dans une usine de traitement des eaux usées, ou même d’injecter les bactéries directement dans le sol ou les eaux souterraines d’un site contaminé, un processus appelé bioaugmentation.
«Dans les systèmes de boues activées par les eaux usées, vous pouvez accélérer l’élimination des composés indésirables en ajoutant une souche spécifique au consortium bactérien existant dans les usines de traitement», explique Aga. «La bioaugmentation est une méthode prometteuse qui n’a pas encore été explorée pour l’assainissement des PFA dans l’environnement.»
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