박테리아가 영원히 화학 물질을 먹고, 심지어 독성 부산물까지 먹는 것으로 밝혀져
"영원한 화학 물질"에서 "영원한" 것을 끌어내기 위한 탐구에서 박테리아가 우리의 동맹이 될지도 모릅니다.
과불화알킬물질(PFAS)을 정화하는 대부분의 방법은 이 물질을 흡착하고 포집하는 방법을 사용하지만, 특정 미생물은 실제로 이 화학 물질이 환경 중에 오랫동안 지속될 수 있게 하는 강력한 화학 결합을 분해할 수 있습니다.
버팔로 대학이 이끄는 연구팀은 최소 3가지 유형의 PFAS를 분해하고 변형할 수 있는 박테리아 균주를 발견했으며, 아마도 더 중요하게는 결합 분해 과정에서 나오는 독성 부산물 중 일부를 분해할 수 있다는 것을 발견했습니다.
이번 달의 Science of the Total Environment 에 발표된 연구 결과에 따르면, Labrys portucalensis F11 (F11)은 100일 노출 기간 후 90% 이상의 퍼플루오로옥탄 설폰산(PFOS)을 대사했습니다. PFOS는 가장 자주 검출되고 지속되는 PFAS 유형 중 하나이며 작년에 미국 환경 보호청에서 유해 물질로 지정했습니다.
F11 박테리아는 100일 후에 두 가지 추가 유형의 PFAS의 상당 부분을 분해했습니다. 5:3 플루오로텔로머 카르복실산의 58%와 6:2 플루오로텔로머 설포네이트의 21%였습니다.
"PFAS의 탄소와 불소 원자 사이의 결합은 매우 강해서 대부분 미생물은 이를 에너지원으로 사용할 수 없습니다. F11 박테리아 균주는 불소를 잘라내고 탄소를 먹는 능력을 개발했습니다." 이 연구의 책임 저자이자 SUNY Distinguished Professor이자 UB 예술과학 대학 화학과의 Henry M. Woodburn Chair이자 UB RENEW 연구소 소장인 Diana Aga 박사가 말했습니다.
PFAS 분해 박테리아에 대한 많은 이전 연구와 달리, Aga의 연구는 더 짧은 사슬 분해 산물(또는 대사산물)을 고려했습니다. 어떤 경우에는 F11이 이러한 대사산물에서 불소를 제거하거나 미세하고 감지할 수 없는 수준으로 분해하기도 했습니다.
"이전의 많은 연구에서는 PFAS의 분해만 보고했을 뿐 대사산물의 형성은 보고하지 않았습니다. 우리는 PFAS 부산물을 설명했을 뿐만 아니라 그 중 일부가 박테리아에 의해 계속 분해되는 것을 발견했습니다." Aga 연구실의 박사과정 학생이자 이 연구의 첫 번째 저자인 Mindula Wijayahena의 말입니다.
이 연구는 국립보건원 산하 국립환경보건과학연구소의 지원을 받았습니다. 다른 협력자로는 포르투갈 가톨릭대학교, 피츠버그대학교, Waters Corp가 있습니다.
까다로운 식습관을 가진 사람들은 PFAS를 좋아하는 법을 배운다
PFAS는 1950년대부터 코팅팬부터 소방용품에 이르기까지 모든 분야에서 널리 사용되는 유비쿼터스 화학물질입니다.
이들은 어떤 박테리아의 주식이 되기는커녕, 오염된 토양에 사는 일부 박테리아는 PFAS와 같은 유기 오염 물질을 분해해 탄소를 에너지원으로 사용할 수 있도록 돌연변이를 일으켰습니다.
"박테리아가 혹독하고 오염된 환경에서 살아남는다면, 아마도 주변의 화학적 오염 물질을 식량원으로 사용하도록 적응했기 때문일 것입니다. 그래서 굶지 않습니다." 아가가 말했습니다. "진화를 통해 일부 박테리아는 화학적 오염 물질을 사용하여 성장하는 데 도움이 되는 효과적인 메커니즘을 개발할 수 있습니다."
이 연구에 사용된 박테리아 균주 F11은 포르투갈의 오염된 산업 현장 토양에서 분리되었으며, 이전에는 제약 오염 물질에서 불소를 제거하는 능력을 입증했습니다. 그러나 PFAS에서는 한 번도 테스트되지 않았습니다.
포르투갈 가톨릭 대학의 협력자들은 PFAS 1리터당 10,000마이크로그램 외에 탄소원이 없는 밀폐된 플라스크에 F11을 넣었습니다. 100~194일의 배양 기간 후, 샘플은 UB로 배송되었고, 그곳에서 분석한 결과 F11이 PFAS 일부를 분해한 것으로 나타났습니다.
이들 샘플에서 검출된 높은 수준의 불소 이온은 F11이 PFAS의 불소 원자를 분리하여 박테리아가 탄소 원자를 대사할 수 있음을 나타냅니다.
"탄소-불소 결합은 PFAS를 분해하기 어렵게 만드는 요소이므로, 이를 분해하는 것은 중요한 단계입니다. 중요한 점은 F11이 PFOS를 더 작은 조각으로 잘랐을 뿐만 아니라, 그 작은 조각에서 불소를 제거했다는 것입니다." Wijayahena가 말합니다.
남아 있는 대사산물 중 일부는 여전히 불소를 함유하고 있었지만, F11은 PFOS에 194일 동안 노출된 후, 세 가지 PFOS 대사산물에서 불소를 제거했습니다.
"주의할 점은 이 샘플에는 현재의 검출 방법을 통과하지 못할 만큼 미세한 다른 대사산물이 있을 수 있다는 것입니다." Aga가 말했습니다.
PFAS를 바람직한 메뉴 항목으로 만들기
UB 연구진은 그들의 연구가 좋은 시작이라고 말하지만, F11이 공급된 PFAS의 상당 부분을 생분해하는 데 100일이 걸렸으며, 소비할 수 있는 다른 탄소원이 없다고 주의를 환기했습니다.
연구팀은 이제 F11이 성장률을 높일 수 있는 경쟁 에너지 옵션이 있더라도, PFAS를 더 빨리 소비하도록 장려하는 방법을 연구할 계획입니다.
"우리는 PFAS 옆에 대체 탄소원을 배치하는 것의 영향을 조사하고 싶습니다. 그러나 그 탄소원이 너무 풍부하고 분해되기 쉬운 경우, 박테리아는 PFAS에 전혀 닿을 필요가 없을 수도 있습니다." Aga가 말합니다. "우리는 F11 군집에 성장하기에 충분한 음식을 제공해야 하지만, PFAS를 사용 가능한 에너지원으로 전환하려는 인센티브를 잃을 만큼 충분한 음식은 제공하지 않아야 합니다."
결국 F11은 PFAS로 오염된 물과 토양에 배치될 수 있습니다. 여기에는 폐수 처리 시설의 활성 슬러지 내에서 균주를 성장시킬 수 있는 조건을 만들거나, 심지어 박테리아를 오염된 장소의 토양이나 지하수에 직접 주입하는 것, 즉 생물학적 증강이라고 하는 과정이 포함될 수 있습니다.
"폐수 활성 슬러지 시스템에서는 처리 시설의 기존 박테리아 컨소시엄에 특정 균주를 추가하여 원치 않는 화합물 제거를 가속화할 수 있습니다." Aga가 말했습니다. "생물학적 증강은 아직 환경에서 PFAS를 치료하는 데 탐색되지 않은 유망한 방법입니다."
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250123163111.htm
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