Connu comme un sous-produit de la fabrication chimique de nombreux produits cosmétiques et produits d'entretien ménager, le solvant industriel 1, Le 4-dioxane est maintenant considéré par l'Environmental Protection Agency comme un « contaminant émergent » et « probablement cancérogène pour l'homme » qui peut être trouvé dans des milliers de sites d'eaux souterraines à l'échelle nationale, ce qui représente potentiellement un défi d'assainissement environnemental de plusieurs milliards de dollars.

Cependant, c'est la coexistence fréquente du contaminant avec un autre produit chimique toxique-1, 1-Dichloroéthylène (1, 1-DCE) - qui s'est avéré utile dans 1, la résistance du 4-dioxane à certaines stratégies de remédiation, y compris la dégradation par des microbes naturels.

Maintenant, Des chercheurs du New Jersey Institute of Technology (NJIT) ont détaillé la découverte de la première bactérie connue capable de dégrader simultanément la paire de contaminants chimiques-1, 4-Dioxane et 1, 1-ETCD. L'étude, Publié dans Lettres sur les sciences et technologies de l'environnement , met également en valeur l'efficacité du microbe, appelé Azoarcus sp. DD4 (DD4), en réduisant 1, 4-dioxane et 1, Niveaux de 1-DCE dans les échantillons d'eaux souterraines co-contaminées.

« À l'échelle nationale, les chercheurs ont découvert que plus de 80 % des sites d'eaux souterraines contaminés par 1, Le 4-dioxane contient également 1, 1-DCE, " dit Mengyan Li, professeur adjoint de chimie et de sciences de l'environnement au NJIT. "Cette paire de produits chimiques est toxique et coûteuse à éliminer de l'environnement car la paire a des propriétés très différentes qui nécessitent généralement des solutions de traitement séparées. La biodégradation par DD4 est la première méthode biologique que nous ayons trouvée pour traiter les deux composés simultanément, et il est également respectueux de l'environnement et rentable."

L'équipe de recherche de Li a initialement découvert le microbe DD4 à partir d'échantillons de boues activées prélevés dans une installation municipale de traitement des eaux usées. Dans le laboratoire, L'équipe de Li a pu isoler et analyser la capacité de DD4 à se dégrader 1, 4-dioxane et 1, 1-DCE simultanément dans des échantillons d'eau souterraine contaminée sur une période de deux semaines.

Application du microbe aux échantillons de terrain, L'équipe de Li a observé que la concentration de 1, Le 4-dioxane a été dégradé de 10 parties par million (10 ppm) - ou 3, 000 fois la limite du niveau d'orientation de l'EPA de 0,35 parties par milliard (0,35 ppb)—à moins de 0,38 ppb. Le laboratoire a également trouvé 1, Niveaux de concentration de 1-DCE réduits de plus de 3 ppm à moins de 0,02 ppm.

Notamment, DD4 a montré une résistance à la toxicité cellulaire produite par les métabolites de 1, 1-DCE, qui inhibent généralement la capacité d'autres bactéries capables de dégrader 1, 4-dioxane. L'équipe de Li a observé que bien que le DD4 soit partiellement inhibé dans sa capacité à se dégrader 1, 4-dioxane lorsque des quantités excessives de 1, 1-DCE ont été artificiellement dopés dans les échantillons d'eau, 1, Capacité de dégradation du 4-dioxane immédiatement récupérée une fois le microbe épuisé 1, 1-ETCD.

"Globalement, nous avons été impressionnés par les performances du DD4, " a déclaré Li. "Nous n'avons pas ajouté de nutriments comme l'ammoniac pour que le microbe se nourrisse, ou d'autres facilitateurs qui pourraient augmenter l'activité de la bactérie. Cela nous a démontré le potentiel de cette bactérie pour une utilisation future sur le terrain. »

Dans une analyse de la constitution génétique de DD4, Le laboratoire de Li a identifié un gène potentiellement clé lié à l'activité de dégradation chimique du microbe. Li dit que le gène code pour une enzyme, appelé di-fer monooxygénase soluble (SDIMO), avec des capacités polyvalentes de décomposition des polluants chimiques. "Nous voulons la caractériser (cette enzyme) davantage pour voir si nous pouvons mieux comprendre le mécanisme sous-jacent à la façon dont le DD4 dégrade ces contaminants." dit Li.

Avec DD4's 1, Résistance au 1-DCE et capacité à dégrader les co-contaminants simultanément, Li dit que la bactérie possède plusieurs autres caractéristiques clés qui la rendent propice comme solution potentielle de bioremédiation sur les sites d'eaux souterraines contaminées, telles que sa capacité à se disperser librement dans l'eau pour remédier à de plus grandes zones de contamination, plutôt que de s'agréger comme d'autres traitements bactériens. Le microbe peut également être cultivé rapidement et peut se maintenir pendant de longues périodes avec une source de nutriments limitée.

"Nous avons testé la bactérie à température réfrigérée normale pendant trois jours et sa viabilité est restée supérieure à 80%, " dit Li. " Après une semaine, la moitié étaient encore en vie. Cela le rend encore plus souhaitable car il serait capable de survivre au délai de livraison du laboratoire aux sites contaminés. »

Le laboratoire de Li effectue actuellement d'autres tests de la bactérie en laboratoire pour mieux comprendre comment le DD4 pourrait fonctionner sur les sites d'eau contaminés. Avec des tests de faisabilité déjà en cours, Li dit que son équipe pourrait commencer des démonstrations sur le terrain du DD4 en tant que solution de traitement de l'eau pour 1, 4-dioxane et 1, Sites de contamination au 1-DCE dès l'année prochaine.

"Idéalement, on peut injecter les bactéries au centre d'une zone de contamination, ou essayez de les faire pousser à la surface de barrières biologiques qui aident à arrêter la propagation de la contamination, " dit Li. " Premièrement, nous aimerions faire plus de tests et éventuellement développer un marqueur génétique qui nous aide à évaluer les performances de la bactérie. Puis, nous aimerions aller sur le terrain."