Bien qu'il ne figure pas sur la plupart des étiquettes d'ingrédients de produits, le stabilisant chimique organique et le sous-produit de fabrication, 1, 4-dioxane, peuvent être trouvés dans d'innombrables articles ménagers de tous les jours, des shampooings et cosmétiques aux détergents à lessive et à l'antigel.

En partie en raison de son utilisation généralisée pendant de nombreuses décennies, le produit chimique a maintenant été impliqué par l'Environmental Protection Agency (EPA) en tant que « contaminant émergent préoccupant » dans les sites d'eau souterraine et d'eau potable aux États-Unis, aucune méthode efficace pour son élimination n'a encore été établie.

Maintenant, des scientifiques du New Jersey Institute of Technology (NJIT) ont découvert une enzyme rare dans une bactérie capable de dégrader le « probablement cancérogène pour l'homme » et le contaminant de l'eau, 1, 4-dioxane.

Les chercheurs disent que la découverte pourrait aider à conduire à des moyens plus efficaces pour le traitement de l'eau contaminée par ce produit chimique hautement soluble, connu pour sa résistance aux efforts conventionnels de purification et de traitement de l'eau.

La recherche est présentée dans la revue American Chemical Society Lettres sur les sciences et technologies de l'environnement .

"De nombreux produits que nous utilisons quotidiennement utilisent un mélange de plus de 100 produits chimiques, et nous ne nous rendons pas compte que certains d'entre eux contiennent des traces de 1, 4-dioxane qui sont entraînés dans nos égouts et rejetés dans l'environnement, " a déclaré le Dr Mengyan Li, professeur adjoint de chimie et de sciences de l'environnement au NJIT. "Une exposition unique n'est pas extrêmement toxique, mais la contamination de l'eau potable peut avoir un effet chronique qui augmente le risque de cancer.

"Ce que nous faisons, c'est étudier les microbes qui consomment réellement ce contaminant comme nourriture, " a expliqué Li. " Nous espérons que cette recherche pourra attirer l'attention du public sur l'idée que les bactéries peuvent être très efficaces pour éliminer les contaminants comme 1, 4-dioxane de l'environnement ou via des sites aménagés."

Dans leur étude, Li et ses collègues de recherche du NJIT, Daiyong Deng et Fei Li, ont analysé une enzyme clé associée aux capacités métaboliques inhabituelles de Mycobacterium dioxanotrophicus PH-06, un microbe capable de se nourrir de 1, 4-dioxane comme principale source d'énergie.

Le laboratoire de Li a pu identifier et caractériser le rôle critique d'une enzyme, propane monooxygénase, qui ouvre la voie à la décomposition 1, Structure circulaire stable du 4-dioxane afin qu'il puisse être converti en carburant pour les bactéries.

"Ce qui fait 1, Le 4-dioxane est si stable et difficile à décomposer qu'il a une structure circulaire, " a déclaré Li. "Ce que fait cette enzyme bactérienne est la tâche la plus difficile… elle commence à désassembler cette structure circulaire et à la briser afin qu'elle puisse être plus facilement dégradée par d'autres enzymes.

"On pourrait penser à cette enzyme comme menant la charge d'une armée qui siège une forteresse fortement protégée, " a ajouté Li. " C'est sur les lignes de front qui fait la percée pour que les renforts puissent se joindre à nous. "

1, Points chauds de 4-dioxane pour la consommation

Depuis les années 1950, 1, Le 4-dioxane est largement connu comme stabilisant des solvants chlorés ou comme sous-produit de fabrication de la pâte à papier, textile, électronique et autres produits. Cependant, en 2016, l'EPA comprenait 1, 4-dioxane dans sa liste initiale de 10 substances chimiques programmées pour l'évaluation des risques humains et environnementaux dans le cadre des réformes de la Toxic Substances Control Act adoptées par l'administration Obama.

Selon les données d'analyse de la qualité de l'eau des services publics locaux aux États-Unis entre 2010 et 2015, 7 millions de personnes dans 27 États sont desservies par des systèmes publics d'approvisionnement en eau avec un 1, concentration de 4-dioxane dans leur eau potable supérieure à 0,35 partie par milliard (ppb), un niveau de concentration qui peut légèrement augmenter le risque de cancer. Selon l'EPA, 0,35 ppb est un niveau de concentration de référence représentant un 1 en 1, 000, 000 risque de cancer à vie. À 35 ppb, le risque passe à 1 sur 10, 000.

"1, Le 4-dioxane est miscible à l'eau et c'est ce qui en fait un problème, " a expliqué Li. " De nombreux polluants organiques ne sont pas tout à fait solubles dans l'eau, ils maintiennent donc une certaine zone de contamination et ne se propagent pas. En revanche, 1, Le 4-dioxane est extrêmement soluble, il va donc migrer… il peut se déplacer partout."

Plusieurs points chauds nationaux pour les niveaux excessifs de 1, Le 4-dioxane dans l'eau potable a récemment fait son apparition, en particulier dans les régions peuplées comme Long Island, NEW YORK., avec des zones du comté de Nassau atteignant les niveaux de concentration les plus élevés du pays à 12 ppb. Les responsables du ministère de la Santé de l'État de New York ont ​​estimé que les coûts initiaux de nettoyage de l'État pourraient totaliser jusqu'à 2,5 milliards de dollars.

"Dans notre propre enquête sur la rivière Hackensack du New Jersey, nous avons trouvé des points chauds avec une concentration élevée de plus de 5 ppb, qui est au moins 10 fois supérieur au niveau d'orientation de l'EPA, ", a déclaré Li. "Mais ce n'est pas seulement un problème à Long Island et au New Jersey… cela peut être un problème à l'échelle mondiale parce que tout le monde utilise des produits comme des shampooings et des détergents presque tous les jours."

Selon les données les plus récentes sur les rejets dans l'environnement de l'inventaire des rejets toxiques de l'EPA, environ 675, 000 livres de 1, Le 4-dioxane a été rejeté dans l'environnement en 2015.

Avec l'augmentation du produit chimique libéré dans l'environnement, Les coûts de nettoyage estimés dans les points chauds comme Long Island ont également augmenté à un tel degré en raison d'un manque d'approches rentables et respectueuses de l'environnement pour traiter le problème.

Li dit que certaines approches de remédiation, tels que le traitement avec des produits chimiques oxydants, peuvent être trop coûteux et ne sont pas connus pour être respectueux de l'environnement. D'autres efforts qui appliquent des absorbants pour piéger les contaminants de l'eau nécessitent généralement un traitement supplémentaire pour éviter les problèmes d'élimination dans les terres où le produit chimique concentré est rejeté dans l'environnement.

"Nous pensons que la meilleure façon d'avancer est de faire manger les microbes le 1, 4-dioxane, " a déclaré Li. " Ils éliminent naturellement ce contaminant en le convertissant en leur biomasse et en dioxyde de carbone. Lorsque vous abordez des problèmes environnementaux à grande échelle comme 1, contamination 4-dioxane, il vaut mieux avoir une solution durable."

Le laboratoire de Li cherche maintenant à développer de nouvelles approches pour surveiller et accélérer les performances de l'enzyme bactérienne nouvellement découverte. L'équipe explore également des moyens d'étendre l'application de 1, Bactéries consommatrices de 4-dioxane pour utilisation sur le terrain. Avec plus d'étude, Le laboratoire de Li espère bientôt démontrer la faisabilité de l'analyse microbienne 1, Efforts de remédiation au 4-dioxane en dehors du laboratoire.

« Il existe de nombreux facteurs environnementaux qui pourraient affecter les performances des microbes si vous deviez simplement injecter ces cultures directement dans des lieux de contamination, nous devons donc étudier cela plus avant, " dit Li. " Cependant, les installations d'eau potable peuvent utiliser des installations supplémentaires telles que des bioréacteurs ou des filtres biologiquement actifs où l'eau passe à travers le système, et les bactéries à l'intérieur consomment le 1, 4-dioxane pour que la décharge soit de l'eau propre. Cela pourrait être un traitement que nous appliquons, et je crois que nous y arrivons."