Использование морских бактерий для детоксикации асбеста

Научная технология

Асбестовые материалы, группа встречающихся в природе минералов, когда-то широко использовавшихся в ряде отраслей промышленности из-за их прочности и термостойкости, печально известны своей опасностью для здоровья. Хотя их использование существенно сократилось, минералы не запрещены в Соединенных Штатах, и люди все еще могут подвергаться воздействию, когда асбестосодержащие здания повреждаются во время ремонта или сноса.

Опасность возникла недалеко от дома, когда несколько школ в школьном округе Филадельфии были закрыты после того, как не прошли проверку на наличие асбеста. Пенн пообещал внести в школьный округ 100 миллионов долларов — 10 миллионов долларов ежегодно в течение 10 лет — чтобы использовать их для устранения экологических опасностей, включая асбест и свинец, в зданиях государственных школ. Однако для борьбы с асбестом необходимы более эффективные варианты восстановления.

Теперь исследователи из Департамента наук о Земле и окружающей среде Пенсильванского университета показывают, что бактерии из экстремальных морских сред обладают потенциалом детоксикации асбеста. Их исследование, опубликованное в журнале «Прикладная и экологическая микробиология», предполагает, что морские микробы могут быть лучшими кандидатами для биоремедиации асбеста, чем ранее протестированные грибы и почвенные бактерии.

«Мы хотели расширить исследования по биоремедиации асбеста, изучая способы снижения токсичности этих минералов для более безопасной утилизации или повторного использования в качестве вторичного сырья», — говорит старший автор Илеана Перес-Родригес, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде, специализирующаяся на изучении экстремофильных веществ. глубоководные микробы.

Для этого Перес-Родригес объединился с Рето Жьере, который имеет долгий опыт изучения асбестовых минералов. Они подумали, что эти экстремофильные микробы могут быть хорошими кандидатами для биоремедиации асбеста, поскольку они используют неорганические соединения и взаимодействуют с различными минералами в своей естественной среде.

Команда сосредоточилась на двух видах бактерий, Deferrisoma palaeochoriense и Thermovibrio ammonificans, чтобы воздействовать на два аспекта асбестовых минералов, которые делают их опасными при вдыхании: содержание в них железа, которое в значительной степени отвечает за канцерогенные эффекты материала, и их волокнистую структуру, которая вызывает воспаление. .

Чтобы проверить способность микробов детоксицировать асбест, исследователи инкубировали их в течение семи дней при температуре 60 °C или 75 °C (предпочтительная для микробов температура) в небольших бутылочках, наполненных жидкостью, которые также содержали минералы асбеста. В течение этого периода исследователи брали образцы жидких сред, чтобы отслеживать рост клеток и изменения химического состава, а также использовали электронную микроскопию для поиска изменений в минеральной структуре. Они обнаружили, что D. palaeochoriense, которая использует железо как часть своего метаболизма, может эффективно удалять часть железа из асбеста, используя его для роста. Однако такое удаление железа не изменило общую волокнистую структуру минерала, которая частично ответственна за его токсичность.

«Это постепенный процесс превращения очень опасного минерала в менее опасный», — говорит Перес-Родригес. «Вы можете сделать минерал менее токсичным, устранив химическую активность, присущую железу, но у вас все еще будет волокнистая структура, поэтому следующий вопрос: «Как нам разрушить форму?»

Минералы асбеста состоят из силикатной основной цепи, и предыдущие исследования показали, что удаление ионов кремния и магния из этой основной цепи может разрушить ее волокнистую структуру. Именно здесь появилась вторая бактерия, T. ammonificans.

«С помощью микроскопии мы можем видеть, что эти микробы включают кремний в свои биопленки», — говорит Перес-Родригес. «Обычно, когда мы думаем о биопленках, мы думаем о своего рода слизистой слизи, но в данном случае биопленки на самом деле довольно жесткие; по сути, они строят маленькие домики из камней».

Исследователи обнаружили, что T. ammonificans может накапливать кремний из «змеевидного» асбеста, имеющего вьющиеся волокна, но не из «амфиболового» асбеста, имеющего прямые игольчатые волокна. «Это действительно подчеркивает сложность подхода к обработке асбеста как универсального решения, учитывая уникальный химический состав и кристаллические структуры, связанные с каждым минералом асбеста», — говорит Перес-Родригес.