El equipo de ingeniería ambiental de la UC Riverside ha descubierto especies bacterianas específicas que pueden destruir ciertos tipos de «químicos permanentes», un paso más hacia tratamientos de bajo costo de fuentes de agua potable contaminadas.
Los microorganismos pertenecen al género Acetobacterium y se encuentran comúnmente en ambientes de aguas residuales en todo el mundo.
Los productos químicos permanentes, también conocidos como sustancias perfluoroalquilo y polifluoroalquilo o PFAS, se denominan así porque tienen enlaces químicos carbono-flúor muy fuertes, que los hacen persistentes en el medio ambiente.
Los microorganismos descubiertos por los científicos de la UCR y sus colaboradores pueden romper esos enlaces resistentes de flúor a carbono, informaron el miércoles 17 de julio en la revista Avances científicos.
«Este es el primer descubrimiento de una bacteria que puede realizar una desfluoración reductiva de las estructuras de PFAS», dijo Yujie Men, autor correspondiente del estudio y profesor asociado en la Facultad de Ingeniería Bourns de la UCR en el Departamento de Ingeniería Química y Ambiental.
Los hombres advirtieron que las bacterias sólo eran efectivas en compuestos PFAS insaturados, que tienen enlaces dobles carbono-carbono en sus estructuras químicas.
Pero lo más importante es que los científicos también identificaron las enzimas específicas de estas bacterias que son esenciales para romper los enlaces carbono-flúor. Este descubrimiento abre la puerta a que los bioingenieros mejoren estas enzimas para que puedan ser efectivas en otros compuestos PFAS. (Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores de reacciones bioquímicas).
«Si podemos comprender el mecanismo, tal vez podamos encontrar enzimas similares basadas en los rasgos moleculares identificados y seleccionar las más eficaces», dijo Men. «Además, si podemos diseñar una nueva enzima o alterar esta enzima conocida basándonos en la comprensión del mecanismo, podríamos hacerla más eficiente y trabajar con una gama más amplia de moléculas de PFAS».
El año pasado, Men publicó un artículo en el que se identificaban otros microorganismos que rompen el enlace carbono-cloro en los compuestos PFAS clorados, lo que desencadena una desfluoración espontánea sustancial y destruye este grupo de contaminantes. El descubrimiento más reciente amplía enormemente el número de compuestos PFAS que se pueden destruir biológicamente. El uso de bacterias para tratar el agua subterránea es rentable porque los microorganismos destruyen los contaminantes antes de que el agua llegue a los pozos. El proceso implica inyectar en el agua subterránea las especies de bacterias preferidas junto con nutrientes para aumentar su número.
Debido a que los compuestos PFAS están vinculados con el cáncer y otras enfermedades de salud humana, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, o EPA, impuso límites de calidad del agua a principios de este año que restringen ciertas sustancias químicas permanentes a solo cuatro partes por billón en el agua del grifo del país, lo que alienta a los proveedores de agua a encontrar soluciones de limpieza de PFAS.
Los compuestos PFAS se empezaron a utilizar ampliamente en miles de productos de consumo a partir de la década de 1940 debido a su capacidad para resistir el calor, el agua y los lípidos. Según la EPA, entre los productos que contienen PFAS se incluyen las espumas extintoras de incendios, los envoltorios y recipientes de papel resistentes a la grasa, como las bolsas de palomitas de maíz para microondas, las cajas de pizza y los envoltorios de caramelos; también los repelentes de agua y manchas que se utilizan en alfombras, tapicería, ropa y otros tejidos.
El título del artículo es «Los sistemas de bifurcación de electrones y eflujo de fluoruro en Acetobacterium spp. impulsan la desfluoración de ácidos carboxílicos insaturados perfluorados». Yaochun Yu es el autor principal. Fue estudiante científico visitante y científico postdoctoral en la UCR antes de unirse al Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuática, o Eawag, en 2022.
Además de Yu y Men, los coautores son Fengjun Xu, Weiyang Zhao, Calvin Thoma, Shun Che, Jack E. Richman, Bosen Jin, Yiwen Zhu, Yue Xing y Lawrence Wackett.