Rośliny pomogą pozbyć się wiecznych chemikaliów? – badania trwają na Uniwersytecie Łódzkim

PFAS – skąd się wzięły?

Wieczne chemikalia to prostsza nazwa dla substancji perfluoroalkilowych (PFAS). Są to substancje stworzone przez ludzi, charakteryzują się tym, że w łańcuchu węglowym zamiast atomów wodoru umieszczono atomy fluoru. Związki PFAS nie występują naturalnie, ale ze względu na swoje szczególne właściwości – odpychają równocześnie cząsteczki tłuszczu i wody – są szeroko stosowane w wielu produktach codziennego użytku.

Substancje te zostały wprowadzone do zastosowania w przemyśle w latach 40. XX wieku ze względu na właściwości nieprzywierające.

To niesamowite w ilu gałęziach przemysłu te związki są wykorzystywane. Stosuje się je w pianach gaśniczych, szamponach, kosmetykach, produktach plamoodpornych, przy produkcji odzieży sportowej a nawet patelni czy dywanów. Problem polega na tym, że później wszystkie te substancje trafiają do środowiska i zostają w nim na lata.

– mówi dr Anna Wyrwicka-Drewniak z Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska UŁ.

Badania prowadzone we Włoszech w szklarniach Istituto di Ricerca sugli Ecosistemi Terrestri (IRET), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) dotyczące wpływu PFOA na rośliny bazylii.
(Autor: Laura Passatore)

Dzieje się tak dlatego, że wiązanie węgiel-fluor jest jednym z najsilniejszych wiązań w chemii organicznej, a to z kolei oznacza, że są to związki prawie niedegradowalne. - Ponadto w naturze nie są znane mikroorganizmy, dla których związki te stanowiłyby źródło pożywienia, a więc nie rozkładają się one w sposób naturalny – wyjaśnia dr Wyrwicka-Drewniak. – Dlatego właśnie nazywamy je wiecznymi chemikaliami.

Chemikalia przedostają się do wody i gleby zarówno podczas procesu produkcji, jak i jako odpady. I dzieje się tak od ponad osiemdziesięciu lat. – Dodatkowo wiele z tych związków dość dobrze rozpuszcza się w wodzie, co znaczy że łatwo mogą się przemieszczać, a także mają ogromną zdolność do bioakumulacji, czyli do gromadzenia się w łańcuchach pokarmowych – alarmuje dr Wyrwicka-Drewniak.

Jaka jest skala problemu? Organizacja Współpracy Gospodarczej i Rozwoju ocenia liczbę znanych PFAS na przynajmniej 4730 związków chemicznych, inne źródła podają, że jest ich aż 12000. A problem dotyczy całego świata, nie tylko terenów popożarowych, czy poprzemysłowych.

Badania in vitro prowadzone we Włoszech w Istituto di Ricerca sugli Ecosistemi Terrestri (IRET), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR). Badania dotyczyły wpływu PFOA na Spirodela polyrhiza (L.) Schleid.
(Autor: Massimo Zacchini)

Na co to szkodzi? Jak się bronić?

Badania wykazują, że wieczne PFAS wpływają między innymi na układ endokrynny, a więc mogą powodować choroby tarczycy. – Wiemy również, że powodują choroby układu krążenia na przykład przez zwiększenie poziomu cholesterolu, działają uszkadzająco na wątrobę, wywołująnowotwory nerek i jąder, wykazują szkodliwe działanie na układ rozrodczy mają też duży wpływ na życie prenatalne powodując nieprawidłowości w rozwoju płodu. Wpływ PFAS na układ odpornościowy uznano za najbardziej krytyczny w ocenie ryzyka przeprowadzonej przez EFSA. Dotyczyły one głównie czasu reakcji na szczepienie i wykształcenie odporności poszczepiennej, a także powszechnych chorób zakaźnych, skutków związanych z astmą i alergią oraz występowaniem chorób autoimmunologicznych – podkreśla biolożka. – Bronić się jest trudno, bo związki te trafiają do ludzkich organizmów zarówno z wody jak i z pożywienia, co ciekawe nie tylko z mięsa i ryb (jak znaczna część zanieczyszczeń), ale także z roślin. W przypadku hydrofobowych i zdolnych do bioakumulacji długołańcuchowych PFAS spożycie z dietą (zwłaszcza ryb i mięsa) jest zazwyczaj najważniejszą drogą narażenia, podczas gdy w przypadku dobrze rozpuszczalnych w wodzie krótkołańcuchowych PFAS, zwykle jest to woda pitna i inne rodzaje żywności, takie jak warzywa.

Skąd to wiadomo? Dr Wyrwicka-Drewniak z WBIOŚ UŁ prowadziła badania wraz z włoskimi naukowcami z Istituto di Ricerca sugli Ecosistemi Terrestri (IRET) Istituto di Ricerca sugli Ecosistemi Terrestri (IRET), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) dotyczące wpływu jednego ze związków PFAS, a konkretnie kwasu perfluorooktanowego PFOA, na rośliny bazylii. – Sprawdzaliśmy, czy roślina pobiera niebezpieczne związki z gleby i czy w jakikolwiek sposób wykazuje symptomy stresu środowiskowego – tłumaczy dr Wyrwicka-Drewniak. – Niestety nasze badania wykazały, że niebezpieczne substancje są bardzo łatwo pobierane z gleby i kumulują się wewnątrz rośliny nie tylko w korzeniach i łodygach, ale także w jadalnych liściach. Ciekawostką jest to, że roślina nie wykazała odpowiedzi na zanieczyszczenie zmianą parametrów morfometrycznych jak i biochemicznych – słowem, w ogóle nie można po wyglądzie rośliny stwierdzić, że jest zanieczyszczona.

Co na to świat?

Zagrożenie związane z wiecznymi chemikaliami jest dostrzegane dopiero od kilkunastu lat. Problem szkodliwych substancji dostrzegają Stany Zjednoczone, Australia i kraje Unii Europejskiej. Amerykańska Agencja ds. Żywności i. ogłosiła, że obecnie tłuszczoodporne opakowania spożywcze zawierające PFAS nie są już sprzedawane w USA.

Szerzenie wiedzy o wiecznych chemikaliach, globalne dostrzeżenie zagrożenia i wprowadzenie norm, to tylko kropla w morzu potrzeb. – Substancje, o których mówimy, są tak powszechne we wszystkich gałęziach przemysłu, że wydaje się niemożliwe zrezygnowanie z ich produkcji – mówi dr Wyrwicka-Drewniak. – Co gorsza, producenci wprowadzają coraz to nowe związki chemiczne, właśnie po to by ominąć narzucone normy.

Probówki z ekstraktami z liści wierzby przygotowane do analiz biochemicznych.
(Autor: Anna Wyrwicka-Drewniak)

Nadzieja w roślinach?

Nad tym jak pozbyć się wiecznych chemikaliów głowią się naukowcy z całego świata. Jeden z pomysłów badany jest na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska UŁ. Dr Anna Wyrwicka-Drewniak zajmuje się fitoremediacją, czyli oczyszczaniem gleby za pomocą roślin. To metoda rekultywacji skażonego środowiska, która wykorzystuje zdolność roślin do pobierania zanieczyszczeń przez system korzeniowy i ich późniejszą translokację do części nadziemnych. Dzięki temu procesowi szkodliwe substancje mogą być usunięte ze skażonej gleby wraz z powstałą biomasą. Fitoremediacja stosowana jest głównie w oczyszczaniu gleby oraz osadów dennych skażonych metalami ciężkimi, pierwiastkami promieniotwórczymi oraz związkami organicznymi. – Pojawił się więc pomysł, żeby sprawdzić czy wierzba wiciowa, która świetnie się sprawdza w oczyszczaniu środowiska z różnych rodzajów ksenobiotyków, ze względu na szybki przyrost biomasy, poradzi sobie również z wiecznymi chemikaliami – mówi dr Wyrwicka-Drewniak. – Uważamy, że jeśli wierzba okaże się zdolna do pobierania tych substancji z gleby, będzie mogła być zastosowana do oczyszczania terenów poprzemysłowych, czy skażonych podczas gaszenia pożarów. Badania są w toku, analizujemy obecnie zawartość PFAS w tkankach rośliny. Eksperyment zaplanowano na dwa lata.

Dr Anna Wyrwicka-Drewniak
(Autor: Bogdan Drewniak)

Materiały: Wydział Biologii i Ochrony Środowiska
Tekst: Justyna Kowalewska (3PR), Michał Gruberski
Zdjęcia: