图片来源：Unsplash
撰文 | 塞马·S.伊克巴尔（Saima S. Iqbal）
翻译 | 仇艳菲
有一类化学物质被赋予“永久化学物质”的称号，原因是它们拥有极难破坏的碳-氟键。最近一项研究发现，一类细菌很善于破坏这种超强的化学键。事实上，这类化学物质名为全氟和多氟烷基物质（PFAS），含有至少一个完全氟化的甲基或亚甲基碳原子，是一类包含约15 000种化学物质的人造化学品，普遍存在于日常消费品中，例如披萨盒、雨衣和防晒霜。
这些化学物质会通过饮用水或施用污泥肥料的作物进入人体，并且已经渗透到几乎所有人的血液中。科学家发现，长期暴露于PFAS，即便是低水平，也会造成多种健康问题，包括肾癌、甲状腺疾病和溃疡性结肠炎等。
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现有破坏PFAS的方法需要极端的反应条件，如超高温或超高压，并且只能安全处置经过滤后的废物。长期以来，研究人员一直想知道细菌是否可以分解自然环境中的永久化学物质，以便作为一种成本更低、更具可扩展性的处理方法。但碳-氟键主要出现在人造材料中，而且PFAS生产和使用的历史仅追溯到70多年前，时间不算久远，细菌还没有演化出专门应对这些物质的能力。
威廉·迪希特尔（William Dichtel）是美国西北大学的化学家，专注于研究高效降解PFAS的化学方法，他表示，尽管此前就有研究发现细菌能破坏碳-氟键，但这项新研究仍提供了新的见解。
为了找到有潜力的细菌来分解PFAS，研究人员对几个生活在废水中的细菌群落进行了筛选。结果有4种产乙酸菌Acetobacterium（厌氧革兰氏阳性菌）的菌株脱颖而出，他们把这一发现发表在《科学·进展》（Science Advances）杂志上。
这4种菌株都能产生一种可分解咖啡酸的酶，咖啡酸广泛存在于各种植物中，与一些PFAS有相似之处。研究人员发现，这种酶能够将PFAS中的某些氟原子替换为氢原子，产生的氟离子副产物随后会被一种“转运蛋白”运出单细胞细菌，以免细菌受到损害。结果显示，在超过三周的时间里，大多数筛选出的菌株能够将目标PFAS分解成更小的片段，这些较小的片段可以更容易地通过传统的化学手段降解。
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通过直接作用于碳-氟键，产乙酸菌可以部分分解全氟烷基物质——事实是，很少有细菌能够破坏这类PFAS。但这些菌株的能力有限，只能处理那些含有与碳-氟键相邻的碳碳双键（不饱和键）的全氟烷基物质。
此前已有科学家发现，一种名为“A6”的酸微菌菌株（Acidimicrobium sp. strain A6）能够使碳-氟键断裂，并且可以彻底降解两种最常见的全氟烷基物质。然而，这种细菌菌株生长缓慢，且需要苛刻的环境条件才能发挥作用。不过，研究人员还没完全弄明白这种菌株是如何破坏PFAS的。
相比之下，产乙酸菌的菌株针对的是另一类PFAS。研究人员希望对这些细菌进行工程改造，以提高分解效率，或是扩大它们的作用范围来处理更多全氟烷基物质。美国加利福尼亚大学河滨分校的助理教授门玉洁（这项研究的第一作者）表示，将这些细菌与其他方法相结合来降解PFAS，效果也许会更好。PFAS包含一系列结构多样的化合物，因此“没有一种方法适用于所有永久化学物质”。
本文选自《环球科学》11月刊“前沿”专栏。
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