Bakterien könnten unsere Verbündeten im Kampf gegen per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) sein, diese sogenannten ewigen Schadstoffe. Ein Team der Universität Buffalo hat einen Bakterienstamm entdeckt, der in der Lage ist, diese chemischen Substanzen abzubauen, und eröffnet damit einen neuen Weg zu ihrer Beseitigung.
Diese Entdeckung, die in
Science of the Total Environment veröffentlicht wurde, zeigt, dass das Bakterium Labrys portucalensis F11 mehr als 90 % der Perfluoroctansulfonsäure (PFOS) in 100 Tagen metabolisieren kann. PFOS, eines der beständigsten PFAS, wurde von der US-Umweltschutzbehörde als gefährlich eingestuft.
Das Bakterium F11 hat auch einen signifikanten Teil von zwei weiteren PFAS-Typen abgebaut. Diese Fähigkeit, die besonders widerstandsfähigen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu spalten, ist ein großer Fortschritt. Die Forscher stellten fest, dass F11 sogar Fluor aus den resultierenden Metaboliten entfernen kann, wodurch deren Toxizität verringert wird.
PFAS, die seit den 1950er Jahren in verschiedenen Produkten verwendet werden, sind bekanntlich schwer abbaubar. Einige Bakterien wie F11 haben sich jedoch entwickelt, um diese Substanzen als Kohlenstoffquelle zu nutzen, eine entscheidende Anpassung für ihr Überleben in verschmutzten Umgebungen.
Die Studie ergab auch, dass F11, das von einem kontaminierten Industriestandort in Portugal isoliert wurde, PFAS auch in Abwesenheit anderer Kohlenstoffquellen abbauen kann. Diese Entdeckung eröffnet Möglichkeiten für potenzielle Anwendungen in der Abwasserbehandlung und der Bodensanierung.
Die Forscher planen nun zu untersuchen, wie der Abbau von PFAS durch F11 beschleunigt werden kann, indem sie die Umweltbedingungen anpassen und konkurrierende Kohlenstoffquellen einführen. Dies könnte die Zugabe des Bakteriums zu Belebtschlamm in Kläranlagen oder die direkte Injektion in kontaminierte Standorte umfassen.
Diana Aga (links) und ihr Doktorand Minduala Wijayahena analysieren ein Ionen-Chromatogramm, das den biologischen Abbau eines PFAS durch Bakterien zeigt.
Quelle: Meredith Forrest Kulwicki/Universität Buffalo
Diese Forschung stellt einen vielversprechenden Schritt im Umgang mit PFAS dar, obwohl weitere Arbeiten erforderlich sind, um die Effizienz von F11 zu optimieren und sein Abbaupotenzial vollständig zu verstehen. Der Einsatz von Bakterien zur Dekontamination könnte eine nachhaltige und umweltfreundliche Lösung für ein anhaltendes Umweltproblem bieten.
Wie bauen Bakterien PFAS ab?
PFAS zeichnen sich durch extrem stabile Kohlenstoff-Fluor-Bindungen aus, was sie resistent gegen natürlichen Abbau macht. Einige Bakterien wie Labrys portucalensis F11 haben jedoch Mechanismen entwickelt, um diese Bindungen zu brechen. Sie nutzen die Kohlenstoffatome als Energiequelle, während sie die Fluoratome abtrennen und entfernen.
Dieser Abbauprozess ist komplex und erfordert spezifische Bedingungen. Die Bakterien müssen hohen Konzentrationen von PFAS ausgesetzt sein, oft in Umgebungen, in denen sie keinen Zugang zu anderen Kohlenstoffquellen haben. Dies zwingt sie, ihren Stoffwechsel anzupassen, um diese chemischen Substanzen als Nahrung zu nutzen.
Der Abbau von PFAS durch Bakterien produziert auch Metaboliten, von denen einige noch Fluor enthalten können. In einigen Fällen werden diese Metaboliten jedoch weiter abgebaut, wodurch ihre potenzielle Toxizität verringert wird. Diese Fähigkeit, nicht nur PFAS, sondern auch ihre Nebenprodukte abzubauen, ist entscheidend für eine effektive Dekontamination.
Die Forschung zum bakteriellen Abbau von PFAS ist noch im Gange, mit Studien, die darauf abzielen, diesen Prozess zu optimieren. Dazu gehört die Erforschung verschiedener Bakterienstämme, Umweltbedingungen und Methoden zur Beschleunigung des Abbaus, was vielversprechende Perspektiven für das Management persistenter Schadstoffe bietet.
Welche Herausforderungen gibt es beim Abbau von PFAS?
Der Abbau von PFAS birgt mehrere große Herausforderungen. Zunächst macht die Stabilität der Kohlenstoff-Fluor-Bindungen diese Substanzen extrem resistent gegen natürlichen Abbau. Das bedeutet, dass traditionelle Methoden zur Schadstoffbehandlung oft unwirksam gegen PFAS sind.
Eine weitere Herausforderung ist die Vielfalt der PFAS. Es gibt Tausende verschiedener Verbindungen in dieser Kategorie, jede mit ihren eigenen chemischen Eigenschaften. Dies erschwert die Suche nach universellen Abbau-Lösungen und erfordert spezifische Ansätze für jeden PFAS-Typ.
Schließlich kann der Abbau von PFAS Metaboliten produzieren, die, obwohl weniger persistent, immer noch toxisch sein können. Daher ist es entscheidend, diese Nebenprodukte zu verstehen und zu kontrollieren, um eine vollständige und sichere Dekontamination zu gewährleisten.
Trotz dieser Herausforderungen bieten Fortschritte im Verständnis des bakteriellen Abbaus von PFAS Hoffnung. Indem sie die natürlichen Fähigkeiten von Bakterien nutzen, hoffen Wissenschaftler, effektive und nachhaltige Methoden zur Beseitigung dieser Schadstoffe aus der Umwelt zu entwickeln.
Quelle: Science of the Total Environment