FoodPro Preloader

En pust av fersk klor


Bilde: Stephen H. Zinder; Vitenskap WASTE EATER. Denne nyoppdagede bakteriestammen, forsynt som navnet Dehalococcoides ethenogenes, omdanner giftige klorkarboner til ufarlig eten ved å fjerne kloratomer. I den foruroligende verden av farlige avfallsproblemer er få forbindelser like besværlige som klorerte løsningsmidler. Di

Bilde: Stephen H. Zinder; Vitenskap

WASTE EATER. Denne nyoppdagede bakteriestammen, forsynt som navnet Dehalococcoides ethenogenes, omdanner giftige klorkarboner til ufarlig eten ved å fjerne kloratomer.

I den foruroligende verden av farlige avfallsproblemer er få forbindelser like besværlige som klorerte løsningsmidler. Disse tette toksikantene har en tendens til å synke under vanntabellen og aggregere i bassenger som sakte oppløses i grunnvann, og sprer gradvis forurensningsområdet. «Dårlige skuespillere», som de ofte kalles av kjemikere (se sidebar), motstår nedbrytning av mikroorganismer - og pumpe sullied vann til overflaten for behandling er en takkløs innsats, fordi kjemikaliene i jorda fortsetter å sive inn i vannet bord.

Nå har et forskerlag på Cornell University oppdaget et lovende verktøy for å hjelpe til med oppryddingstiltaket: En bakterie som kan nøytralisere to av de vanligste klorerte løsningsmidlene, noe som gjør dem ufarlige. Resultatet, publisert i 6 juni 1997, utgaven av tidsskriftet Science, gir forskere innblikk i dechlorerende organismers biologi - kunnskap som kan brukes til å formulere strategier for biologisk opprydding (eller "bioremediering") av et bredt spekter av miljøgifter.

Trichloreten (TCE) og tetrakloreten - bedre kjent som perkloretylen eller PCE - er den mest utbredte av de plagsomme klorerte forbindelsene. Både PCE og TCE er giftige og mistenker kreftfremkallende stoffer. Likevel er forbindelsene allestedsnærværende på grunn av deres anvendelighet i industrielle prosesser. PCE er en stift av rensing industrien; Begge kjemikalier brukes rutinemessig til avfettingsmaskiner og er bestanddeler i mange malingfortynnere og i frostvæske.

Inntil nylig var det ingen bakterie kjent å nedbryte PCE helt (selv om det var identifisert minst én som kunne bryte ned TCE). Men Cornell-gruppen fant en mikrobe kjent bare som stamme 195 i en blandet kultur av mikroorganismer fra en nå forlatt kloakkverk i Ithaca, NY

Forskerne oppdaget noe veldig nyttig om Stamme 195: det er en anaerob bakterie (som betyr at det ikke krever oksygen for åndedrettsvern) som faktisk "puster" klorerte løsningsmidler - utvinning av energi fra nedbrytning av kjemikaliet for dets naturlige metabolisme. Enzymer i stamme 195 katalyserer en fire-trinns serie reaksjoner der kloratomer fjernes fra PCE. Avskjæringen av atomobligasjonene mellom karbon og klor inne i PCE-molekylet frigir energi som bakterien benytter for å opprettholde seg selv. PCE antar en rolle for mikroben som er analog med oksygeninnholdet for mennesker.

Bilde: Adriana Rovers / Cornell

CORNELL TEAM sammensatt av Xavier Maym-Gatell, utdannet student; James M. Gossett, professor i sivil og miljøteknikk; og Stephen H. Zinder, professor i mikrobiologi, erlolated stamme 195.

Stamme 195 er ikke den første mikroorganismen som er oppdaget for å fjerne klor fra organiske kjemikalier. Andre mikrober fjerner imidlertid vanligvis ikke alle uønskede atomer. Snarere produserer de mellomliggende reaksjonsprodukter som kan være like ille eller verre enn den opprinnelige giftige. Å ta et kloratom fra PCE gir for eksempel TCE. Stripping to produserer cis-dikloreten, et mistenkt kreftfremkallende middel. Excising den tredje gir vinylklorid, et kjent kreftfremkallende middel.

Bare fjerning av alle fire kloratomene fra PCE etterlater et virkelig uskadelig biprodukt: eten (etylen), et enkelt hydrokarbon. Det bundet klor og karbonatomer reagerer med hydrogengass produsert av fermentert organisk materiale for å danne en karbon-hydrogenbinding og saltsyre, som deretter reagerer med de store metallioner i bakken for å danne harmløse salter. Stamme 195, som til slutt kan betegnes Dehalococcoides ethenogenes, er den første mikrobe som kan ta skadelig PCE helt ned til sine sikre komponenter.

Til tross for det åpenbare løftet er Strain 195 ikke i ferd med å finne et umiddelbart hjem på de farlige avfallssidene rundt om i verden. Perry L. McCarty, professor i miljøteknikk ved Stanford University (og forfatter av en tilhørende artikkel i Science ), forklarer at disse mikroberene ikke generelt blomstrer i jorden. Stamme 195 og andre dechlorinatorer kan bare trives hvis de har tilgang til en kilde til molekylært hydrogen, som gir de elektroner som trengs for å bryte klor-karbonbindingene i løsningsmiddelmolekylene. Men i feltet fanger vanlige mikroorganismer de fleste av de hydrogenforsyne elektronene for sine egne metabolske behov.

Fortsatt forskning fra et medlem av Cornell-teamet, James M. Gossett, fokuserer på hvordan man kan endre jordforholdene på forurensede steder for å øke mengden hydrogen tilgjengelig for stamme 195 og dets ilk - og å bestemme den optimale næringsblandingen som de mikrober krever. I det kommende året vil Gossett delta i et felles luftvåpen-, marine- og EPA-studie som vil plassere potensielle hydrogenkilder i jorda på Fallon Naval Air Station i Nevada for å oppmuntre veksten av dechlorinators. Hvis denne tilnærmingen ikke virker, kan gruppen prøve å legge til grunnvannet en blandet kultur som inkluderer Stamme 195 sammen med andre partnerbakterier.

Strain 195 reiser også noen spennende vitenskapelige gåter. Mikroben ser ikke ut til noen av de andre slektene i Eubacteria (det fylogenetiske domenet som inneholder de fleste kjente bakterier). Den uvanlige dietten av stamme 195 har også Cornell-forskerne lurt på hvordan det utviklet seg. "Det store spørsmålet med en feil som dette er, Hva gjorde det før folk dumpet PCE i miljøet?" sier Stephen H. Zinder, mikrobiologen som er medforfatter på papiret.

En av vanskelighetene med stamme 195 er at det er vanskelig å dyrke, så forskerne kan en dag vurdere å klone sine verdig dechlorerende gener og sette dem inn i en organisme som ville være lettere å vokse. Det arbeidet er imidlertid for fremtiden. For øyeblikket prøver Zinder bare å komme til en grunnleggende kunnskap om disse gåtefulle mikroorganismer. "Da vi begynte på dette området for noen år siden, sammenlignet vi det med å lage vin før Pasteur, " sier han. "Vi prøver virkelig å få dette fra en kunst til en vitenskap - forstå hvem spillerne [bakterier] er og hva de liker."

Nedskalert: Ny Nano-enhet kan veie enkeltmolekylerHvorfor "Venus Rainbow" er egentlig en herlighetForskere lager første rom-temperatur single-electron transistorLong-Locked Genome of Ancient Man SequencedIslamic Artisans konstruert eksotisk nonrepeating mønster 500 år før matematikereKan et tall løse klimaendringene?Exxon Valdez la til hvileContinent-Wide Telescope bringer galaktisk svart hull i fokus