Bekend als een chemisch bijproduct van veel cosmetica en schoonmaakproducten voor thuis, het industriële oplosmiddel 1, 4-Dioxaan wordt nu door de Environmental Protection Agency beschouwd als een "opkomende verontreinigende stof" en "waarschijnlijk kankerverwekkend voor de mens" die kan worden gevonden op duizenden grondwaterlocaties op nationaal niveau - mogelijk een uitdaging van meerdere miljarden dollars voor milieusanering.

Echter, het is de frequente co-existentie van de verontreiniging met een andere giftige chemische stof-1, 1-dichloorethyleen (1, 1-DCE) - waarvan is vastgesteld dat het helpt bij 1, de resistentie van 4-dioxaan tegen bepaalde saneringsstrategieën, inclusief afbraak door natuurlijk voorkomende microben.

Nutsvoorzieningen, Onderzoekers van het New Jersey Institute of Technology (NJIT) hebben de ontdekking gedetailleerd beschreven van de eerste bekende bacterie die in staat is om tegelijkertijd het paar chemische verontreinigingen af ​​te breken-1, 4-Dioxaan en 1, 1-DCE. De studie, gepubliceerd in Brieven over milieuwetenschap en technologie , toont ook de efficiëntie van de microbe, genaamd Azoarcus sp. DD4 (DD4), bij het verminderen van 1, 4-dioxaan en 1, 1-DCE-niveaus in mede-verontreinigde grondwatermonsters.

"Nationaal, onderzoekers hebben ontdekt dat meer dan 80% van de grondwaterlocaties verontreinigd met 1, 4-dioxaan bevat ook 1, 1-DCE, " zei Mengyan Li, universitair docent scheikunde en milieuwetenschappen aan het NJIT. "Dit paar chemicaliën is giftig en kostbaar om uit het milieu te verwijderen, omdat het paar zeer verschillende eigenschappen heeft die doorgaans afzonderlijke behandelingsoplossingen vereisen. Biologische afbraak door DD4 is de eerste biologische methode die we hebben gevonden voor de gelijktijdige behandeling van beide verbindingen, en het is ook nog eens milieuvriendelijk en kostenefficiënt."

Li's onderzoeksteam ontdekte aanvankelijk de DD4-microbe uit actief-slibmonsters die waren verzameld bij een gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallatie. In het labortorium, Li's team was in staat om het vermogen van DD4 om 1 af te breken, te isoleren en te analyseren. 4-dioxaan en 1, 1-DCE gelijktijdig in verontreinigde grondwatermonsters gedurende een periode van twee weken.

De microbe toepassen op de veldmonsters, Li's team merkte op dat concentratie van 1, 4-dioxaan werd afgebroken van 10 delen per miljoen (10 ppm) - of 3, 000 keer de limiet van het EPA-richtlijnsniveau van 0,35 delen per miljard (0,35 ppb) - tot minder dan 0,38 ppb. Het lab vond er ook 1, 1-DCE-concentratieniveaus verlaagd van meer dan 3 ppm tot minder dan 0,02 ppm.

Opmerkelijk, DD4 vertoonde resistentie tegen cellulaire toxiciteit geproduceerd door de metabolieten van 1, 1-DCE, die typisch het vermogen remmen van andere bacteriën die in staat zijn om 1, 4-dioxaan. Li's team merkte op dat hoewel DD4 gedeeltelijk werd geremd in zijn vermogen om 1, 4-dioxaan bij overmatige hoeveelheden van 1, 1-DCE werden kunstmatig verrijkt in de watermonsters, 1, 4-dioxaanafbraakvermogen herstelde zich onmiddellijk zodra de microbe was uitgeput 1, 1-DCE.

"Algemeen, we waren onder de indruk van de prestaties van DD4, " zei Li. "We hebben geen voedingsstoffen zoals ammoniak toegevoegd voor de microbe om zich te voeden, of andere begeleiders die de activiteit van de bacterie zouden kunnen versterken. Dit toonde ons het potentieel van deze bacterie voor toekomstig gebruik in het veld."

In een analyse van de genetische samenstelling van DD4, Li's lab identificeerde een potentieel sleutelgen dat verband houdt met de chemische afbraakactiviteit van de microbe. Li zegt dat het gen codeert voor een enzym, oplosbaar di-ijzermono-oxygenase (SDIMO) genoemd, met veelzijdige mogelijkheden om chemische verontreinigende stoffen af ​​te breken. "We willen het (dit enzym) verder karakteriseren om te zien of we het mechanisme dat ten grondslag ligt aan hoe DD4 deze verontreinigingen afbreekt beter kunnen leren." zei Li.

Samen met DD4's 1, 1-DCE-resistentie en het vermogen om de co-contaminanten gelijktijdig af te breken, Li zegt dat de bacterie verschillende andere belangrijke eigenschappen bezit die hem geschikt maken als een potentiële bioremediatie-oplossing op verontreinigde grondwaterlocaties, zoals het vermogen om zich vrij door water te verspreiden om grotere verontreinigingsgebieden te saneren, in plaats van te aggregeren zoals andere bacteriële behandelingen. De microbe kan ook snel worden gekweekt en kan gedurende langere perioden worden volgehouden met een beperkte voedingsbron.

"We hebben de bacterie gedurende drie dagen bij normale gekoelde temperatuur getest en de levensvatbaarheid bleef boven 80%, " zei Li. "Na een week, de helft leefde nog. Dit maakt het des te wenselijker omdat het de levertijd van het laboratorium naar verontreinigde locaties zou kunnen overleven."

Li's lab voert nu verdere tests van de bacterie in het lab uit om beter te begrijpen hoe DD4 zou kunnen presteren op vervuilde waterlocaties. Nu de haalbaarheidstests al aan de gang zijn, Li zegt dat zijn team kan beginnen met velddemonstraties van DD4 als een waterbehandelingsoplossing voor 1, 4-dioxaan en 1, 1-DCE-besmettingslocaties al volgend jaar.

"Ideaal, we kunnen de bacteriën in het midden van een besmettingszone injecteren, of probeer ze te kweken op het oppervlak van biobarrières die de verspreiding van besmetting helpen stoppen, "zei Li. "Eerst, we willen meer testen doen en mogelijk een genmarker ontwikkelen die ons helpt de prestaties van de bacterie te beoordelen. Vervolgens, we willen graag het veld in."