Hoewel niet vermeld op de meeste etiketten van productingrediënten, de organische chemische stabilisator en het productiebijproduct, 1, 4-dioxaan, zijn te vinden in talloze alledaagse huishoudelijke artikelen - van shampoos en cosmetica tot wasmiddelen en antivries.

Mede door het wijdverbreide gebruik gedurende vele decennia, de chemische stof is nu door de Environmental Protection Agency (EPA) geïmpliceerd als een "opkomende verontreinigende stof van zorg" op grondwater- en drinkwaterlocaties in de VS, met nog geen effectieve methode voor de verwijdering ervan.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers van het New Jersey Institute of Technology (NJIT) hebben een zeldzaam enzym ontdekt in bacteriën met het vermogen om de "waarschijnlijk kankerverwekkende stof voor de mens" en waterverontreiniging af te breken, 1, 4-dioxaan.

Onderzoekers zeggen dat de ontdekking zou kunnen leiden tot effectievere middelen voor de behandeling van water dat is verontreinigd met deze zeer oplosbare chemische stof. bekend om zijn weerstand tegen conventionele waterzuiverings- en behandelingsinspanningen.

Het onderzoek staat in het tijdschrift American Chemical Society Brieven over milieuwetenschap en technologie .

"Veel producten die we dagelijks gebruiken, gebruiken een mengsel van meer dan 100 chemicaliën, en we realiseren ons niet dat sommige sporen van 1 bevatten, 4-dioxaan die door onze riolering worden weggespoeld en in het milieu terechtkomen, " zei dr. Mengyan Li, universitair docent scheikunde en milieuwetenschappen aan het NJIT. "Een eenmalige blootstelling is niet extreem giftig, maar verontreiniging in drinkwater kan een chronisch effect hebben dat het risico op kanker verhoogt.

"Wat we aan het doen zijn, is het bestuderen van microben die deze verontreiniging daadwerkelijk als voedsel consumeren, Li legde uit. "We hopen dat dit onderzoek de publieke aandacht kan trekken voor het idee dat bacteriën zeer effectief kunnen zijn in het verwijderen van verontreinigingen zoals 1, 4-dioxaan uit de omgeving of via gemanipuleerde locaties."

In hun studie hebben Li en NJIT-onderzoekscollega's Daiyong Deng en Fei Li analyseerden een sleutelenzym dat verband houdt met de ongebruikelijke metabolische vermogens van Mycobacterium dioxanotrophicus PH-06 - een microbe die zich kan voeden met 1, 4-dioxaan als primaire energiebron.

Li's lab was in staat om de cruciale rol van één enzym te identificeren en te karakteriseren, propaan monooxygenase, die de weg wijst in het ontbinden van 1, De stabiele cirkelvormige structuur van 4-dioxaan, zodat het kan worden omgezet in brandstof voor de bacteriën.

"Wat maakt 1, 4-dioxaan dat zo stabiel en moeilijk afbreekbaar is, is dat het een cirkelvormige structuur heeft, " zei Li. "Wat dit bacteriële enzym doet, is de moeilijkste taak ... het begint deze cirkelvormige structuur uit elkaar te halen en uit elkaar te halen, zodat het gemakkelijker kan worden afgebroken door andere enzymen.

"Je zou kunnen denken dat dit enzym de leiding heeft over een leger dat een zwaar beschermd fort belegert, " voegde Li eraan toe. "Het is in de frontlinies die de doorbraak maakt, zodat de versterkingen kunnen meedoen."

1, 4-dioxaan hotspots voor consumptie

Sinds de jaren vijftig, 1, 4-dioxaan is algemeen bekend als stabilisator voor gechloreerde oplosmiddelen of als bijproduct van pulp, textiel, elektronica en andere producten. Echter, in 2016 omvatte de EPA 1 4-dioxaan in de oorspronkelijke lijst van 10 chemische stoffen die gepland zijn voor beoordeling van de risico's voor mens en milieu onder de hervormingen van de Toxic Substances Control Act die door de regering-Obama zijn aangenomen.

Volgens testgegevens van de waterkwaliteit van lokale nutsbedrijven in de VS tussen 2010 en 2015, 7 miljoen mensen in 27 staten worden bediend door openbare watersystemen met een hogere 1, 4-dioxaanconcentratie in hun drinkwater dan 0,35 delen per miljard (ppb) - een concentratieniveau dat het risico op kanker marginaal kan verhogen. Volgens de EPA, 0,35 ppb is een referentieconcentratieniveau dat staat voor een 1-in-1, 000, 000 levenslange kans op kanker. Bij 35 ppb, het risico neemt toe tot 1 op 10, 000.

"1, 4-dioxaan is mengbaar met water en dat maakt het een probleem, " verklaarde Li. "Veel organische verontreinigende stoffen zijn niet helemaal oplosbaar in water, zodat ze een bepaald verontreinigingsgebied behouden en zich niet verspreiden. In tegenstelling tot, 1, 4-dioxaan is extreem oplosbaar, dus het zal migreren ... het kan overal naartoe gaan."

Verschillende nationale hotspots voor te hoge niveaus van 1, 4-dioxaan in drinkwater zijn recentelijk opgedoken, vooral in bevolkte gebieden zoals Long Island, NY, met gebieden van Nassau County die de hoogste concentratieniveaus van het land bereiken met 12 ppb. Ambtenaren van het New York State Department of Health hebben geschat dat de initiële kosten voor het opruimen van de staat kunnen oplopen tot $ 2,5 miljard.

"In ons eigen onderzoek van de Hackensack-rivier in New Jersey, we vonden hotspots met een hoge concentratie van meer dan 5 ppb, die minstens 10 keer hoger is dan het EPA-richtsnoer, " zei Li. "Maar dit is niet alleen een probleem in Long Island en New Jersey... het kan wereldwijd een probleem zijn omdat iedereen bijna elke dag producten zoals shampoos en wasmiddelen gebruikt."

Volgens de meest recente gegevens over milieu-emissies uit de Toxics Release Inventory van de EPA, ongeveer 675, 000 pond van 1, 4-dioxaan is in 2015 in het milieu terechtgekomen.

Samen met de opkomst van de chemische stof die in het milieu terechtkomt, De geschatte opruimkosten op hotspotlocaties zoals Long Island zijn ook in die mate gestegen vanwege een gebrek aan kosteneffectieve en milieuvriendelijke benaderingen om het probleem aan te pakken.

Li zegt dat sommige herstelbenaderingen, zoals behandeling met oxiderende chemicaliën, kunnen te duur zijn en staan ​​niet bekend als milieuvriendelijk. Andere inspanningen waarbij absorptiemiddelen worden toegepast om waterverontreinigingen op te vangen, vereisen doorgaans een aanvullende behandeling om problemen met landverwijdering te voorkomen waarbij de geconcentreerde chemische stof weer in het milieu terechtkomt.

"We denken dat de beste manier om vooruit te komen is om de microben de 1 4-dioxaan, " zei Li. "Ze elimineren deze verontreiniging op natuurlijke wijze door het om te zetten in hun biomassa en in koolstofdioxide. Wanneer je grootschalige milieuproblemen aanpakt, zoals 1, 4-dioxaan verontreiniging, het is beter om een ​​duurzame oplossing te hebben."

Li's lab is nu op zoek naar nieuwe benaderingen om de prestaties van het nieuw ontdekte bacteriële enzym te volgen en te versnellen. Het team onderzoekt ook manieren om de toepassing van 1 op te schalen. 4-dioxaan consumerende bacteriën voor gebruik in het veld. Met meer studie, Li's lab hoopt binnenkort de haalbaarheid van op microben gebaseerde 1 aan te tonen. 4-dioxaan saneringsinspanningen buiten het laboratorium.

"Er zijn talloze omgevingsfactoren die de prestaties van de microben kunnen beïnvloeden als je deze culturen gewoon rechtstreeks op besmettingsplaatsen zou injecteren, dus we moeten dat verder bestuderen, "zei Li. "Echter, drinkwatervoorzieningen kunnen mogelijk gebruik maken van aanvullende voorzieningen zoals bioreactoren of biologisch actieve filters waar water door het systeem stroomt, en de bacteriën binnen consumeren de 1, 4-dioxaan zodat de lozing schoon water is. Dat zou een behandeling kunnen zijn die we toepassen, en ik geloof dat we er komen."