你可能沒有聽說過“永遠(yuǎn)的化學(xué)品”這個(gè)詞，但你家的不粘鍋、快餐盒、防水外套、化妝品甚至牙線，可能都曾與它有關(guān)。這類全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS，Per- and Polyfluoroalkyl Substances）因其獨(dú)特的“防水防油”能力，自20世紀(jì)40年代以來就被廣泛應(yīng)用在日常消費(fèi)品和工業(yè)材料中。

一些細(xì)菌可以降解永遠(yuǎn)的化學(xué)品（圖片來源：作者使用AI生成）

然而，這種化學(xué)上的堅(jiān)不可摧也成了環(huán)境治理的夢(mèng)魘。PFAS分子中的碳-氟鍵極其穩(wěn)定，不易分解，因此它們一旦進(jìn)入環(huán)境，幾乎永遠(yuǎn)不會(huì)消失，被稱為永遠(yuǎn)的化學(xué)品（forever chemicals）。幾十年來，PFAS悄然滲入土壤、水體甚至人體血液——在一些污染嚴(yán)重地區(qū)，飲用水中PFAS的濃度已遠(yuǎn)超安全限值。

更令人擔(dān)憂的是，研究發(fā)現(xiàn)PFAS堪稱“隱形健康刺客”，從基因表達(dá)到細(xì)胞功能，它能引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)：擾亂甲狀腺平衡、損害肝臟解毒能力、削弱免疫防御、干擾神經(jīng)傳導(dǎo)，甚至穿透胎盤屏障危害胎兒發(fā)育。它們的危害像多米諾骨牌效應(yīng)，其致癌性和多器官毒性正在敲響全球公共衛(wèi)生的警鐘。

那么，有沒有辦法消滅這種健康刺客？來自意大利的一項(xiàng)新研究或許為我們打開了突破口，科學(xué)家在受污染的土壤中發(fā)現(xiàn)了一類“嗜毒”細(xì)菌，它們不僅能在PFAS中生存，甚至能把這種有害物質(zhì)當(dāng)作“食物”。這意味著，某些微生物可能就是我們對(duì)抗PFAS的綠色戰(zhàn)士。

意大利污染區(qū)發(fā)現(xiàn)以PFAS為食的“嗜毒”細(xì)菌

在意大利北部的威尼托大區(qū)，PFAS污染問題已持續(xù)多年。當(dāng)?shù)匾患一S的歷史排放導(dǎo)致地下水、土壤、農(nóng)作物乃至飲用水中均檢測(cè)出高濃度PFAS，污染范圍波及維琴察和帕多瓦等省份。在一些采樣點(diǎn)，水體中PFAS濃度甚至超過了1000納克/升，是歐洲多國(guó)參考限值的數(shù)十倍。

面對(duì)這一幾乎無法自然降解的污染物，當(dāng)?shù)乜茖W(xué)家并未止步于傳統(tǒng)化學(xué)治理手段。來自意大利皮亞琴察天主教大學(xué)（Catholic University of Piacenza）和帕多瓦大學(xué)（University of Padua）的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，將目光轉(zhuǎn)向了微生物的降解能力。他們從上述重污染區(qū)域的土壤中，分離出約20種能吃掉PFAS的細(xì)菌。

這些細(xì)菌可不是簡(jiǎn)單地忍受PFAS的存在，它們實(shí)際上將PFAS作為唯一的碳源和能量來源，在沒有其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的條件下生長(zhǎng)繁殖。研究團(tuán)隊(duì)通過富集培養(yǎng)技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造出一個(gè)只含PFAS的環(huán)境，然后篩選出能在這種極端條件下頑強(qiáng)生存的微生物。

初步實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這些細(xì)菌對(duì)PFAS具有顯著的降解能力。在部分菌株中，降解效率甚至達(dá)到了30%以上——要知道，PFAS因碳-氟鍵穩(wěn)定性極強(qiáng)，哪怕降解幾個(gè)百分點(diǎn)都極其困難，因此，這一數(shù)字足以令人振奮。它們來自一些環(huán)境中常見但功能獨(dú)特的屬類，例如微球菌屬（Micrococcus）、紅桿菌屬（Rhodanobacter）、假黃單胞菌屬（Pseudoxanthomonas）和無色桿菌屬（Achromobacter），這些都在生物修復(fù)研究中有一定知名度。

更令人欣慰的是，這些菌株大多可以在實(shí)驗(yàn)室中穩(wěn)定培養(yǎng)，而且通常對(duì)人類無害。這意味著它們不僅在生態(tài)上具有適應(yīng)性，也具備了潛在的實(shí)際應(yīng)用前景。

基因測(cè)序揭開細(xì)菌降解PFAS的秘密

找到能吃PFAS的細(xì)菌只是第一步，科學(xué)家更想知道它們是如何做到這一點(diǎn)的。為了深入了解這些“嗜毒細(xì)菌”的降解機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合了傳統(tǒng)微生物學(xué)與現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，揭開細(xì)菌降解PFAS的秘密。

首先，他們采用了經(jīng)典的富集培養(yǎng)方法。研究者將污染土壤樣本接種到只含PFAS、不含其他碳源的培養(yǎng)基中，唯有能以PFAS為“食”的細(xì)菌才能存活下來，這一方法成功篩選出20種候選菌株。

接著，研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用了一種叫做“宏條形碼（metabarcoding）”的分子技術(shù)。它通過高通量測(cè)序分析土壤樣本中的微生物DNA，迅速確定其中存在哪些微生物類群，并評(píng)估它們的功能潛力。這種基因圖譜式掃描不僅驗(yàn)證了培養(yǎng)中篩選出的菌種，還揭示了它們?cè)谧匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)中的多樣性與相互關(guān)系。

進(jìn)一步地，研究人員還對(duì)這20株菌的全基因組進(jìn)行了測(cè)序與注釋。這一步尤為關(guān)鍵，因?yàn)樗梢詭椭茖W(xué)家定位具體的降解PFAS基因，也就是說，找到那些專門負(fù)責(zé)打破碳-氟鍵、將PFAS轉(zhuǎn)化為無害小分子的關(guān)鍵酶和代謝通路。

目前，科研團(tuán)隊(duì)已將這些信息與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的降解效率進(jìn)行比對(duì)，初步建立起了哪些菌株更有效、為何有效的聯(lián)系圖譜。這些數(shù)據(jù)將為后續(xù)的生物強(qiáng)化修復(fù)方案、以及合成生物學(xué)手段的基因轉(zhuǎn)移提供技術(shù)支撐。

值得一提的是，這些菌株不僅在實(shí)驗(yàn)室中易于培養(yǎng)，而且大多數(shù)對(duì)人類與動(dòng)植物無明顯毒性。這意味著，它們或許能夠走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入真實(shí)環(huán)境中承擔(dān)“清污戰(zhàn)士”的角色。正如研究負(fù)責(zé)人Edoardo Puglisi教授所言，這些微生物可能開啟PFAS治理的新紀(jì)元，甚至為其他難降解污染物的處理提供借鑒。

總結(jié)

科學(xué)家在土壤中發(fā)現(xiàn)PFAS降解菌的研究，讓我們看到了“永遠(yuǎn)化學(xué)品”并非永遠(yuǎn)無解的可能性。這些微生物并不神秘，它們?cè)揪蜕钤谧匀唤缰校皇俏覀冞^去從未真正了解它們的潛力。通過實(shí)驗(yàn)室篩選和基因解碼，我們得以窺見它們處理PFAS的機(jī)制，也為未來開發(fā)“綠色修復(fù)”方案打下基礎(chǔ)。

但我們也應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，技術(shù)不是萬能的解藥。無論是細(xì)菌、化學(xué)方法，還是先進(jìn)設(shè)備，都無法消除人類無節(jié)制使用PFAS帶來的根本問題。這項(xiàng)研究給我們帶來希望的同時(shí)，也是一種提醒——如果污染不止，修復(fù)永遠(yuǎn)追趕不上破壞。

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作者丨邵文亞博士 福建醫(yī)科大學(xué)副教授；楊超博士

審核丨劉鍵熙博士 福建師范大學(xué)副教授

來源: 科普中國(guó)創(chuàng)作培育計(jì)劃

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