Les ingénieurs de l’Université de Californie Riverside sont les premiers à signaler la dégradation sélective d’une classe particulièrement tenace de PFAS, appelée acides carboxyliques fluorés (FCA), par des micro-organismes courants.
Dans des conditions anaérobies, une double liaison carbone-carbone est cruciale pour briser la liaison carbone-fluor ultra-forte par les communautés microbiennes. Bien que la rupture de la liaison carbone-carbone ne dégrade pas complètement la molécule, les produits résultants pourraient être transmis à d’autres micro-organismes pour une défluoration dans des conditions aérobies.
Cette réalisation s’appuie sur les travaux antérieurs des mêmes chercheurs, qui ont été les premiers à signaler une défluoration microbienne réussie d’une structure PFAS entièrement fluorée en remplaçant les liaisons carbone-fluor par des liaisons carbone-hydrogène.
Les substances per- et polyfluoroalkyles, ou PFAS, sont un groupe de plus de 9 000 produits chimiques utilisés dans d’innombrables processus industriels et produits commerciaux depuis les années 1940. En conséquence, les PFAS ont trouvé leur chemin dans le cycle de l’eau et se trouvent maintenant dans pratiquement toutes les sources d’eau. Ces produits chimiques contiennent une liaison entre les atomes de fluor et de carbone qui est la liaison simple la plus forte connue, rendant le PFAS non biodégradable et résistant aux méthodes conventionnelles de traitement de l’eau. Ils se retrouvent dans les tissus des organismes, y compris les humains, où ils ont été associés à certains types de cancer, à des problèmes de thyroïde et de foie, et probablement à d’autres problèmes de santé encore mal compris.
Dans un article antérieurYujie Men, professeur adjoint de génie chimique et environnemental, et ses collègues ont déclaré avoir utilisé des communautés microbiennes anaérobies souvent utilisées pour la déchloration pour dégrader deux PFAS spécifiques, dont une structure entièrement fluorée (perfluorée).
Le nouvel article pousse cette recherche un peu plus loin en montrant que le point d’entrée des microbes anaérobies était une double liaison entre les atomes de carbone situés à côté du groupe carboxyle des molécules de FCA. Des ramifications trifluorométhyle sur la double liaison pourraient encore améliorer la biodégradabilité.
Les microbes capables de faire ce type de défluoration ne sont pas rares. En utilisant des boues activées – des communautés microbiennes couramment utilisées dans les installations de traitement des eaux usées pour décomposer et éliminer la matière organique – et une condition anaérobie, les chercheurs ont répété avec succès leur expérience précédente avec des PFAS plus structurellement similaires.
« Actuellement, les biocatalyseurs capables de défluorer les composés perfluorés comme le PFOA sont très rares. Nous savons encore très peu de choses sur les microbes ou les enzymes qui peuvent faire la défluoration du PFAS en général et comment », a déclaré Men. « Notre travail est à la pointe de la recherche de ces informations. »
Même lorsque les scientifiques trouvent des moyens de rompre la liaison initiale carbone-fluor dans les composés perfluorés, leur travail n’est pas terminé car les molécules sont probablement décomposées en d’autres molécules qui pourraient également être nocives. L’assainissement réussi des environnements contaminés par le PFAS nécessite une décomposition initiale de la molécule mère du PFAS, suivie d’une dégradation complète des molécules secondaires.
Une étude récente par le groupe Men a démontré que les communautés de boues activées étaient capables de dégrader complètement la molécule secondaire à partir de la dégradation chimique d’un type de produit chimique perfluoré via un processus connu sous le nom de cométabolisme. Leur nouvelle étude implique en outre que, simplement grâce à la coopération entre différents groupes microbiens, tels que les bactéries anaérobies et aérobies, une défluoration plus profonde pourrait également être obtenue pour certains produits chimiques perfluorés.
Yaochun Yu et al, Défluoration microbienne des acides carboxyliques per- et polyfluorés insaturés dans des conditions anaérobies et aérobies : une étude de spécificité de structure, Sciences et technologie de l’environnement (2022). DOI : 10.1021/acs.est.1c05509