化学品的生产是一项繁琐的工作。通常,只有一小部分真正需要的东西是在工厂生产的。剩下的大部分是无法使用的——甚至更糟。例子吗?美军在越南战争中使用的落叶剂“橙剂”生产得非常匆忙。它含有二恶英作为杂质。结果,不仅战区的树木失去了叶子,而且美国士兵和越南平民也在几年后患上了癌症。
也有来自农业的例子:在杀虫剂林丹(一种六氯环己烷)的生产中,只生产了不到15%的所需物质;85%的反应液是有害废物。在20世纪50年代,这种有毒的混合物仍然被全部喷洒在田地和果园里。后来,有效的林丹被分离出来,以纯净的形式出售,其余的则被倾倒在垃圾填埋场。时至今日,这些化学物质还经常存留在那里。林丹自2007年起在欧盟被禁用,在瑞士也有一段时间没有使用了。
阻燃剂六溴环癸烷(HBCD)也是几种物质的混合物。它发明于20世纪70年代,每年的生产规模达数万吨,用于房屋外墙的聚苯乙烯绝缘板、纺织品和电器塑料。自2014年以来,它已在全球范围内被禁止。在瑞士,含有六溴环十二烷的塑料不能回收,必须在垃圾焚烧中销毁。
在国际上禁止
自2004年以来,《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》(Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants)对这类长寿命环境毒素的处理进行了规范。瑞士在2003年批准了该协议,但所有这些物质已经存在于环境中,而且分布得很好。六溴环十二烷存在于污水污泥、鱼类、空气、水和土壤中。2004年,世界野生动物基金会(WWF)采集了11位欧洲环境部长和3位卫生部长的血液样本,在他们每个人的血液中都检测到六溴环十二烷和林丹。
细菌,来自土壤的救援者
这就引出了一个问题:我们能重新收集或解毒过去几代人的化学废物吗?幸运的是,科学家们在寻找解决方案的过程中并没有回避那些令人讨厌的地方。1991年,他们几乎同时在法国、日本和印度的化学废物填埋场发现了三种可以消耗林丹及其无用化学兄弟的细菌:法国Sphingobium francense、日本Sphingobium japonicum和印度Sphingobium indicum。这些生物清洁剂是否也能消化阻燃剂HBCD和其他毒素?
Empa化学家Norbert Heeb和ewag微生物学家Hans-Peter Kohler与苏黎世应用科学大学(ZHAW)和两个印度研究所的研究人员一起对它们进行了测试。他们修改了印度细菌的基因,并生产了纯形式的hch降解酶。酶是一种蛋白质分子,可以说是一种生物催化剂,细菌和其他活细胞可以用它来建立或分解化学物质。污染物分子HCH将自己插入酶中,就像钥匙插入锁一样。然后分子的一部分被分离。现在无害的片段再次被释放,酶准备吸收下一个污染物分子。
突变带来机会
Heeb与本科生Jasmin Hubeli一起,不仅研究了在垃圾填埋场中发现的酶变体,还研究了从转基因菌株中获得的酶。在这里,研究人员故意扩大了“锁孔”,以便更容易地分解较大的HBCD分子。结果:基因改造影响了污染物被分解的速度。Empa研究员Heeb对他们的结果充满希望:“这意味着我们现在实际上有机会使用生物方法使这些由人类产生并分布在大面积的长期毒素无害。”然而,还有很长的路要走。在未来为化学毒素量身定制的酶可用之前,有用酶的锁与钥匙原理仍然需要更详细地弄清楚。
故事来源:
材料所提供的瑞士联邦材料科学与技术实验室。由Rainer Klose原创。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。
期刊引用:
引用此页: