Bryan Berger se enfrenta a uno de los mayores desafíos medioambientales de los tiempos modernos:el aire, Contaminación del suelo y el agua causada por un grupo de sustancias químicas tóxicas cuyo uso generalizado y consecuencias para la salud humana recién ahora están saliendo a la luz a nivel mundial.

En su laboratorio de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Virginia, Berger, un profesor asociado de ingeniería química, y su equipo de investigación están desarrollando formas novedosas de librar al planeta de sustancias perfluoroalquilo y polifluoroalquilo, o PFAS, que se utilizan en una gran cantidad de productos de consumo pero que están vinculados a problemas de salud graves. El grupo de Berger está investigando una fuente muy poco probable, Cannabis sativa, o cáñamo industrial, un caballo de batalla fibroso conocido por su multitud de usos beneficiosos, incluso en textiles, antimicrobianos y alimentos saludables.

Berger cree que el cáñamo industrial también puede proporcionar la forma más ecológica de paliar un problema que ha estado creciendo durante décadas.

Creación de PFAS

En la década de 1940, Los ingenieros químicos combinaron una larga cadena de átomos de carbono junto con flúor para crear una súper sustancia con un enlace químico que es uno de los más fuertes conocidos en la química orgánica en la actualidad. casi impermeable a la degradación natural. Los científicos aún tienen que determinar una vida media; una vez que está en el medio ambiente, se queda ahí.

La estructura química está tan fuertemente unida, arroja fácilmente otras sustancias, una solución perfecta cuando necesita que los huevos se salgan de las sartenes antiadherentes, lluvia para formar gotas en las chaquetas o telas para resistir las manchas. Los militares también utilizaron los productos químicos para suprimir incendios de alto octanaje en bases de todo el mundo.

Las aplicaciones comerciales de los productos químicos llevaron a más de 4, 730 variantes, y la fabricación y distribución a gran escala se han llevado a cabo durante más de 60 años.

Problemas identificados

En años recientes, numerosos estudios de salud realizados por los Institutos Nacionales de Salud, la Agencia de Protección Ambiental y otras organizaciones han descubierto que los productos químicos perfluoroalquilo y polifluoroalquilo son tóxicos, con vínculos a varios cánceres, enfermedades de la tiroides y el hígado, afecciones neurológicas y problemas de salud reproductiva.

Mientras tanto, los productos químicos se han filtrado en los suministros de agua, alimentos y cuerpos de las personas, donde se ha demostrado que se acumulan rápidamente. Esto llevó a la Agencia de Protección Ambiental a emitir un aviso de salud de por vida que las personas solo deberían tomar 70 partes por billón de dos de las variantes más comunes, aproximadamente el equivalente a una gota en una piscina del tamaño de un campo de fútbol si tuviera 40 pies de profundidad. .

Soluciones posibles

"El estudio de soluciones para la contaminación por PFAS es importante para nuestro laboratorio como ejemplo de dónde podemos diseñar un solución biológica para abordar un problema importante que afecta la salud humana y el medio ambiente, "dijo Berger, que aporta una amplia investigación de cáñamo a los rayos UVA y está diseñando otros usos para la planta. "También es una gran oportunidad para nosotros colaborar con otros profesores de todas las disciplinas para abordar los muchos desafíos asociados con este trabajo".

Los primeros experimentos que utilizaron cáñamo para extraer las toxinas PFAS del suelo han sido alentadores. Los miembros de su equipo también unen PFAS a proteínas que luego pueden degradarse con enzimas. Su laboratorio está estudiando de forma proactiva ambas vías, uno mejor para eliminar los productos químicos del agua y el otro del suelo.

"El cáñamo es un cultivo fantástico de fitorremediación, por lo que es capaz de eliminar elementos como metales pesados ​​y otros tipos de sustancias del suelo y las aguas subterráneas, "dijo Berger, cuyo trabajo antes de unirse a UVA Engineering en 2018 se centró en parte en el uso de la capacidad natural del cáñamo para absorber contaminantes a través de su sistema fibroso para limpiar el suelo fuera de las minas de carbón en Pensilvania.

"Últimamente hemos obtenido algunos resultados realmente interesantes en los que hemos estado analizando la capacidad del cáñamo para secuestrar y eliminar PFAS de muestras de agua y suelo, ", dijo." Podría ser una forma de remediar grandes cantidades de tierra donde podría haber contaminación al cultivar algo de valor en la tierra que de otra manera no tiene valor ".

En un brillante laboratorio del segundo piso en Wilsdorf Hall, Doctor. El estudiante Madison Mann retira con cuidado un vial de ácido perfluorooctanoico concentrado, una de las variantes de PFAS más prevalentes, desde detrás de una campana de humos. Está realizando experimentos en busca de proteínas que se unan a las sustancias químicas PFAS.

"Estoy tratando de encontrar una forma económica y respetuosa con el medio ambiente de secuestrar PFAS, y luego degradarlo, " ella dijo.

Mann también terminó recientemente un experimento en el que cultivó hidropónicamente plantas de cáñamo en PFAS para ver si incluso echaban raíces en la sustancia tóxica. que hicieron bastante bien. El siguiente paso en su investigación consistirá en catalogar qué cantidad de PFAS, Si alguna, es absorbido por las plantas fibrosas. Suponiendo que las plantas actúan de la misma manera que lo hacen con otros metales pesados, el grupo de investigación ya está pensando en formas de separar los productos químicos del resto de la planta.

"Si puede descomponer el PFAS en solo dióxido de carbono y flúor, de alguna manera, obviamente, deshacerse del gas de flúor de manera segura, entonces tiene un producto utilizable para otra industria mientras elimina la sustancia tóxica del medio ambiente, " ella dijo.

Si bien el trabajo aún se encuentra en la etapa de desarrollo, el grupo ve promisorios en ambos enfoques para eliminar las toxinas, aunque se necesita más investigación.

"Es bueno tener una causa en la que crees y tratar de marcar la diferencia, "Dijo Mann.

Dada la naturaleza tóxica del PFAS y su prevalencia, Berger cree que su investigación podría tener un gran impacto en la salud tanto de los animales como del medio ambiente.

"Espero que este trabajo genere una mayor conciencia sobre los importantes impactos ambientales y de salud que los PFAS y otros contaminantes tienen en nuestra vida diaria, "Berger dijo, "e ilustrar la utilidad de desarrollar herramientas biológicas para intentar solucionar estos problemas de una forma respetuosa con el medio ambiente, de forma sostenible. Ya tenemos algunos resultados prometedores que indican que nuestros enfoques serán efectivos y, en tono rimbombante, se puede implementar a la escala y el costo necesarios para abordar este desafío en la práctica en Virginia y más allá ".