Abteilung Umweltmikrobiologie
Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS): Wechselwirkungen mit Proteinen, Stoffwechselwegen und mikrobiellen Gemeinschaften
Fluorverbindungen (Figure 1) werden weit verbreitet in industriellen und konsumorientierten Produkten verwendet, einschliesslich Lebensmittelverpackungsmaterialien1,2. Mehr als 20% der Pharmazeutika und 50% der Agrochemikalien aus den letzten drei Jahrzehnten enthalten ein oder mehrere Fluoratome3,4. Viele dieser Verbindungen, die -CF3- oder -CF2-Gruppen enthalten, entsprechen der OECD-Definition von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS), mit einigen Ausnahmen5. PFAS stellen aufgrund ihrer Gesundheitsrisiken eine erhebliche Gefahr dar, insbesondere weil einige in landwirtschaftlichen Pflanzen, Tieren und tierischen Nebenprodukten bioakkumulieren6. PFAS werden auch häufig als 'Ewigkeitschemikalien' bezeichnet, aufgrund ihrer langanhaltenden Präsenz in der Umwelt. Ein Grund für ihre Persistenz ist, dass nur wenige natürlich vorkommende Verbindungen Fluor enthalten und das Produkt der Kohlenstoff-Fluor-Bindungs-Spaltung (Fluorid) für Mikroben toxisch ist. Dennoch sind mehrere mikrobielle Enzymfamilien in der Lage, fluorierte Moleküle zu binden und/oder zu biotransformieren7. Wir leiten mehrere Projekte, die sich auf die Entdeckung und Charakterisierung mikrobakterieller Enzyme konzentrieren, die mit fluorierten Verbindungen interagieren. Unser Team hat einen schnellen, miniaturisierten Test (Figure 2) entwickelt, der darauf abzielt, die Spaltung von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen zu erkennen8. In laufenden Studien entwickeln wir diesen Test weiter für Anwendungen in der Enzymentdeckung und -technik.
Finanzierung
World Food System Center
ETH Research Grants
Uniscientia Foundation
Peter und Traudl Engelhorn Stiftung (Postdoctoral Fellowship für Dr. Silke Probst für ein separates, unabhängiges PFAS-Projekt)
Verwendete Referenzen
1. Phelps, D.W., Parkinson, L.V., Boucher, J.M., Muncke, J., Geueke, B. (2024). Per- and Polyfluoroalkyl Substances in Food Packaging: Migration, Toxicity, and Management Strategies. Environ. Sci. Technol. 58, 5670–5684.
2. Geueke, B., Groh, K.J., Maffini, M.V., Martin, O.V., Boucher, J.M., Chiang, Y.-T., Gwosdz, F., Jieh, P., Kassotis, C.D., Łańska, P., Myers, J.P., Odermatt, A., Parkinson, L.V., Schreier, V.N., Srebny, V., Zimmermann, L., Scheringer, M., Muncke, J. (2023). Systematic evidence on migrating and extractable food contact chemicals: Most chemicals detected in food contact materials are not listed for use. Crit. Rev. Food Sci. Nutr.
3. Inoue, M.; Sumii, Y.; Shibata, N. Contribution of Organofluorine Compounds to Pharmaceuticals. ACS Omega (2020). https://doi.org/10.1021/acsomega.0c00830.
4. Ogawa, Y.; Tokunaga, E.; Kobayashi, O.; Hirai, K.; Shibata, N. (2020) Current Contributions of Organofluorine Compounds to the Agrochemical Industry. iScience, 23 (9), 101467.
5. Wang, Z., Buser, A.M., Cousins, I.T., Demattio, S., Drost, W., Johansson, O., Ohno, K., Patlewicz, G., Richard, A.M., Walker, G.W., White, G.S., Leinala, E. (2021). A New OECD Definition for Per- and Polyfluoroalkyl Substances. Environ. Sci. Technol. 55, 15575–15578.
6. Rudin, E., Glüge, J., & Scheringer, M. (2023). Per-and polyfluoroalkyl substances (PFASs) registered under REACH—What can we learn from the submitted data and how important will mobility be in PFASs hazard assessment? Science of the Total Environment, 877, 162618.
7. Wackett, L.P. and Robinson, S.L. (2024). A prescription for engineering PFAS biodegradation. Biochemical Journal, 481(23), pp.1757-1770.
8. Probst, S.I., Felder, F., Poltorak, V., Mewalal, R., Blaby, I., Robinson, S.L. (2024). Enzymatic carbon-fluorine bond cleavage by human gut microbes. BioRxiv doi: 10.1101/2024.07.15.601322.