Biodegradação - um fator chave na compreensão do destino dos produtos químicos no meio ambiente
A biodegradação de produtos químicos no meio ambiente é um processo importante que rege o destino de resíduos químicos e poluentes. Os dados sobre esses processos são necessários para avaliação de risco e regulamentação de produtos químicos. A biodegradação é um processo complexo que depende dos produtos químicos, da comunidade microbiana e de muitos fatores ambientais. (1) Os testes padronizados de triagem de biodegradação existem há vários anos, mas mais recentemente aumentou o interesse pelas diferenças entre os testes padrão e as condições mais complexas do mundo real. (2,3) O ambiente real é caracterizado pela presença de comunidades microbianas complexas, múltiplos substratos e xenobióticos em baixas concentrações. Embora a relação entre a concentração de um único substrato e o crescimento de uma população degradadora tenha sido descrita há muito tempo (4), muito menos se sabe sobre o efeito da concentração na cinética de biodegradação para misturas em concentrações químicas muito baixas em comunidades microbianas complexas.
Birch e colegas (5) determinaram a cinética de biodegradação primária de misturas de produtos químicos de teste em concentrações que variam de alta (mg/L) a muito baixa (ng/L) usando uma nova abordagem de biodegradação e microextração em fase sólida de seta direcionada (Arrow-SPME ) juntamente com a análise GC-MS/MS. Ele permite testes simultâneos de muitos produtos químicos hidrofóbicos e/ou voláteis, incluindo fragrâncias, plastificantes, filtros UV e hidrocarbonetos poliaromáticos (PAHs). Duzentos e noventa e quatro sistemas de teste paralelos foram preparados usando efluente de estação de tratamento de efluentes como inóculo e dosagem passiva para adicionar uma mistura de 19 produtos químicos em 6 níveis de concentração inicial (ng/L a mg/L). Os sistemas de testes abióticos foram preparados nas mesmas concentrações do produto químico de teste usando água ultrapura em vez de efluente da estação de tratamento de águas residuais. Após período de 30 dias de incubação a 12 °C, os sistemas de testes abiótico e biótico foram analisados. Água ultrapura de um PURELAB flex foi usada para a preparação de desafios e amostras.
O enriquecimento por adsorção automatizado foi feito diretamente nos sistemas de testes fechados usando uma fibra Arrow-SPME de 250 μm imersa no líquido por 60 min a 35 ° C com imersão de agitação contínua. A fibra foi então dessorvida termicamente a 280°C no injetor de um sistema GC. A separação foi obtida em uma coluna DB-5 de 60 m × 250 μm × 0,25 μm. A temperatura do forno foi aumentada de 50°C para 310°C a 10°C/min com uma espera de 5 min. A detecção com um detector triplo quadrupolo (MS/MS) usou dois conjuntos de transições do precursor para o íon produto para cada produto químico de teste.
Os resultados confirmaram que a biodegradação é altamente complexa, envolvendo toda uma variedade de processos que dependem do produto químico individual, sua concentração, o conteúdo geral de carbono e bactérias presentes no meio. O uso de um número simples e único como medida de biodegradabilidade é problemático. No entanto, eles mostraram que os testes de biodegradação em uma mistura de produtos químicos podem fornecer dados cinéticos de degradação mais alinhados entre os produtos químicos e que também são altamente relevantes para águas superficiais que recebem descargas de ETE contendo uma mistura de xenobióticos. O estudo fornece novas evidências de que a concentração da mistura pode afetar a cinética de biodegradação dos constituintes da mistura, mas de maneiras diferentes para diferentes tipos de constituintes, conforme mostrado nas figuras, e que a concentração e o tipo de produtos químicos também afetam a composição microbiana do composto. comunidade bacteriana. Os resultados químicos e microbianos confirmam que altas concentrações devem ser evitadas quando se pretende determinar dados de biodegradação ambientalmente relevantes. A cinética de biodegradação usada para modelagem de destino e avaliação de persistência deve preferencialmente simular as condições ambientais o mais próximo possível; onde outras fontes de carbono são abundantes, devem ser utilizadas concentrações mais baixas do produto químico de ensaio.
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O uso bem-sucedido da água pura de um ELGA PURELAB flex neste tipo de investigação demonstra as vantagens da água pura, livre de todos os tipos de impurezas. Para este trabalho, ele tinha que estar livre de compostos orgânicos ou bactérias que pudessem afetar os testes diretamente, mas também contaminantes inorgânicos ou orgânicos que pudessem promover ou alterar os padrões de crescimento de bactérias e compostos orgânicos que pudessem alterar o conteúdo de carbono do meio.
Referências
- Boethling, R.; Fenner, K.; Howard, P.; Klečka, G.; Madsen, T.; Snape, J. R.; Whelan, M. J. Environmental Persistence of Organic Pollutants: Guidance for Development and Review of POP Risk Profiles. Integr. Environ. Assess. Manage. 2009, 5, 539– 556, DOI: 10.1897/ieam_2008-090.1
- Martin, T. J.; Snape, J. R.; Bartram, A.; Robson, A.; Acharya, K.; Davenport, R. Environmentally Relevant Inoculum Concentrations Improve the Reliability of Persistent Assessments in Biodegradation Screening Tests. Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 3065– 3073, DOI: 10.1021/acs.est.6b05717
- Li, Z.; McLachlan, M. S. Biodegradation of Chemicals in Unspiked Surface Waters Downstream of Wastewater Treatment Plants. Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 1884– 1892, DOI: 10.1021/acs.est.8b05191
- Monod, J. The Growth of Bacterial Cultures. Annu. Rev. Microbiol. 1949, 3, 371– 394, DOI: 10.1146/annurev.mi.03.100149.002103
- Birch H., Sjøholm K. K., Dechesne A., Sparham C., van Egmond R. and Mayer P. Biodegradation Kinetics of Fragrances, Plasticizers, UV Filters, and PAHs in a Mixture─Changing Test Concentrations over 5 Orders of Magnitude Environ. Sci. Technol. 2021, XXXX, XXX, XXX-XXX December 22, 2021 https://doi.org/10.1021/acs.est.1c05583