科學家發現能分解「永久化學物質」的細菌

水牛城大學（University at Buffalo）的一項研究顯示，從受汙染土壤中分離出的一種菌株，能夠分解全氟和多氟烷基物質（PFAS）中強韌的碳氟鍵，其中還包括一些短鏈的PFAS。在努力將「永久」從「永久化學物質」中去除的征程上，細菌或許能成為我們的盟友。

大多數PFAS的整治方法，著重於捕獲和控制這些化學物質，然而某些微生物，卻能真正拆解那些使PFAS在環境中極其頑固的強化學鍵。由水牛城大學領導的研究團隊，發現了一種能分解和轉化至少三種PFAS的細菌菌株。值得注意的是，此菌株還能降解分解過程中產生的部分有毒副產物。

他們發表在《總環境科學》（Science of the Total Environment）上的研究結果表明，名為Labrys portucalensis F11（F11）的細菌，在100天內代謝了超過90%的全氟辛烷磺酸（PFOS）。PFOS是最普遍且持久的PFAS化合物之一，在2022年被美國環境保護署列為有害物質。

100天後，F11細菌還分解了相當一部分另外兩種PFAS：58%的5:3氟調聚羧酸和21%的6:2氟調聚磺酸鹽。PFAS中碳原子和氟原子之間的鍵非常強，因此大多數微生物無法將其作為能量來源。研究的通訊作者黛安娜・阿加（Diana Aga）博士表示，F11菌株發展出了切斷氟原子、「吞食」碳原子的能力。阿加博士是紐約州立大學傑出教授，擔任水牛城大學文理學院化學系的亨利・M・伍德伯恩講席教授，也是水牛城大學RENEW研究所所長。

與先前許多關於PFAS降解細菌的研究不同，阿加的研究考慮到了短鏈分解產物，也就是代謝物。在某些情況下，F11甚至能從這些代謝物中去除氟，或是將它們分解到極微小、難以檢測的程度。研究的第一作者明杜拉・維賈亞赫內（Mindula Wijayahena）表示：「許多先前的研究只報告了PFAS的降解，卻未提及代謝物的形成。我們不僅考慮了PFAS的副產物，還發現其中一些會被細菌進一步降解。」維賈亞赫內是阿加實驗室的博士生。

這項研究由美國國家環境健康科學研究所資助，該研究所是美國國家衛生研究院的一部分。其他合作單位包括葡萄牙天主教大學、匹茲堡大學和沃特世公司。

PFAS是一類普遍存在的化學物質，自20世紀50年代以來，廣泛應用於從不沾鍋到消防材料等各種物品中。它們絕非任何細菌的首選食物，但一些生活在受汙染土壤中的細菌發生了變異，能夠分解像PFAS這樣的有機汙染物，以便利用其中的碳作為能量來源。

阿加說：「如果細菌能在惡劣、汙染的環境中生存，很可能是因為它們適應了將周圍的化學汙染物作為食物來源，以免餓死。透過演化，一些細菌能發展出有效的機制，利用化學汙染物幫助自身生長。」

本研究使用的F11菌株，是從葡萄牙一個受汙染工業場所的土壤中分離出來的，此前已證明它有能力從藥物汙染物中去除氟。然而，它從未在PFAS上進行過測試。

葡萄牙天主教大學的合作人員，將F11放入密封燒瓶中，除了每升10,000微克的PFAS外，不提供其他碳源。在100至194天的培養期後，樣本被運往水牛城大學。分析顯示，F11降解了部分PFAS。在這些樣本中檢測到的氟化物離子含量升高，表明F11已將PFAS的氟原子分離，使細菌能夠代謝碳原子。

維賈亞赫內指出：「碳氟鍵正是PFAS難以分解的原因，所以將它們分離是至關重要的一步。關鍵在於，F11不僅將PFOS分解成更小的片段，還能從這些小片段中去除氟。」

一些殘留的代謝物仍含有氟，但在接觸PFOS 194天後，F11甚至從三種PFOS代謝物中去除了氟。阿加提醒道，這些樣本中可能還存在其他極其微小、現有檢測方法無法察覺的代謝物。

水牛城大學的研究人員表示，他們的研究是個良好的開端，但也提醒，F11花了100天才將提供的大部分PFAS生物降解，而且當時沒有其他可消耗的碳源。

研究團隊目前計劃研究如何促使F11更快地消耗PFAS，即便存在可能提高其生長速度的其他能量選擇。阿加說：「我們想研究在PFAS旁新增替代碳源的影響。然而，如果那種碳源過於豐富且易於降解，細菌可能根本不會去碰PFAS。我們需要為F11菌群提供足夠的食物以生長，但又不能太多，以免它們失去將PFAS轉化為可用能量來源的動力。」

最終，F11或可應用於受PFAS汙染的水和土壤。這可能包括在汙水處理廠的活性汙泥中創造條件培育該菌株，甚至直接將細菌注入受汙染場所的土壤或地下水中，此過程稱為生物強化。

阿加表示：「在汙水活性汙泥系統中，你可以透過向處理廠現有的細菌群落新增特定菌株，加速去除不需要的化合物。生物強化是一種很有前景的方法，尚未在環境中PFAS整治方面得到探索。」

參考文獻：《Labrys portucalensis F11對PFAS的生物降解：PFOS、6:2 FTS和5:3 FTCA的鏈縮短證據及代謝物鑑定》，作者Mindula K. Wijayahena、Irina S. Moreira、Paula M.L. Castro、Sarah Dowd、Melissa I. Marciesky、Carla Ng和Diana S. Aga，發表於2025年1月4日的《總環境科學》。DOI：10.1016/j.scitotenv.2024.178348 。本研究由美國國家衛生研究院資助。