“永远的化学品”也能分解？科学家找到吃毒的细菌

【导语】你可能对“永远的化学品”（PFAS）这个词感到陌生，但它却广泛存在于我们的日常生活中，如不粘锅、快餐盒、防水外套等。这类物质因其独特的防水防油特性而被广泛应用，然而其难以降解的特性却成为了环境治理的大难题。PFAS一旦进入环境，几乎永不消失，且对人体健康构成严重威胁。近日，意大利科学家在受污染的土壤中发现了一类能够降解PFAS的“嗜毒”细菌，这一发现或许为我们对抗这类健康刺客提供了新的希望。本文将深入探讨这一研究发现及其潜在应用。

你可能没有听说过“永远的化学品”这个词，但你家的不粘锅、快餐盒、防水外套、化妆品甚至牙线，可能都曾与它有关。这类全氟和多氟烷基物质（PFAS，Per- and Polyfluoroalkyl Substances）因其独特的“防水防油”能力，自20世纪40年代以来就被广泛应用在日常消费品和工业材料中。

一些细菌可以降解永远的化学品（图片来源：作者使用AI生成）

然而，这种化学上的坚不可摧也成了环境治理的梦魇。PFAS分子中的碳-氟键极其稳定，不易分解，因此它们一旦进入环境，几乎永远不会消失，被称为永远的化学品（forever chemicals）。几十年来，PFAS悄然渗入土壤、水体甚至人体血液——在一些污染严重地区，饮用水中PFAS的浓度已远超安(ān)全限(xiàn)值(zhí)。

更(gèng)令(lìng)人(rén)担(dān)忧(yōu)的(de)是(shì)，研(yán)究(jiū)发(fā)现(xiàn)PFAS堪(kān)称(chēng)“隐(yǐn)形(xíng)健(jiàn)康(kāng)刺(cì)客(kè)”，从(cóng)基(jī)因(yīn)表(biǎo)达到细胞功能，它能引发一系列(liè)连(lián)锁(suǒ)反(fǎn)应(yīng)：扰(rǎo)乱(luàn)甲(jiǎ)状(zhuàng)腺(xiàn)平(píng)衡(héng)、损(sǔn)害(hài)肝(gān)脏(zàng)解(jiě)毒(dú)能(néng)力(lì)、削(xuē)弱(ruò)免(miǎn)疫(yì)防(fáng)御(yù)、干(gàn)扰(rǎo)神经传导，甚至穿透胎盘屏障危害胎儿发育。它们的危害像多米诺(nuò)骨牌效应，其致癌性和多器官毒性正在敲响全球公共卫生的警钟。

那么，有没有办法消灭这种(zhǒng)健(jiàn)康(kāng)刺(cì)客(kè)？来(lái)自(zì)意(yì)大(dà)利(lì)的(de)一(yī)项(xiàng)新(xīn)研(yán)究(jiū)或(huò)许(xǔ)为(wèi)我(wǒ)们(men)打(dǎ)开(kāi)了(le)突(tū)破(pò)口(kǒu)，科(kē)学(xué)家(jiā)在(zài)受(shòu)污(wū)染(rǎn)的(de)土(tǔ)壤(rǎng)中发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)类(lèi)“嗜(shì)毒(dú)”细(xì)菌(jūn)，它(tā)们(men)不(bù)仅(jǐn)能(néng)在(zài)PFAS中(zhōng)生(shēng)存(cún)，甚(shén)至(zhì)能(néng)把(bǎ)这(zhè)种(zhǒng)有(yǒu)害(hài)物(wù)质(zhì)当(dāng)作(zuò)“食(shí)物(wù)”。这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)，某(mǒu)些(xiē)微(wēi)生(shēng)物(wù)可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)我(wǒ)们(men)对(duì)抗(kàng)PFAS的(de)绿(lǜ)色(sè)战士。

意(yì)大(dà)利(lì)污(wū)染(rǎn)区(qū)发(fā)现(xiàn)以(yǐ)PFAS为(wèi)食(shí)的(de)“嗜(shì)毒(dú)”细(xì)菌(jūn)

在(zài)意(yì)大(dà)利(lì)北(běi)部(bù)的(de)威(wēi)尼(ní)托(tuō)大(dà)区(qū)，PFAS污(wū)染(rǎn)问(wèn)题(tí)已(yǐ)持(chí)续(xù)多(duō)年(nián)。当(dāng)地(de)一(yī)家(jiā)化工厂的历史排放导致地下水、土壤、农作物乃至饮用水中均检测出高浓度PFAS，污染范围波及维琴察和帕多瓦等省份。在一些采样点，水体中PFAS浓度甚至超过了1000纳克/升，是欧洲多国参考(kǎo)限(xiàn)值的数十倍。

面对这一几乎无法自然降解的污染物，当地科学家并未止步于传统化学治理手段。来自意大利皮亚琴察天主教大学（Catholic University of Piacenza）和帕多瓦大学（University of Padua）的联合研究团队，将目光转向了微生物的降解能力。他们从上述重污染区域的土壤中，分离出约20种能吃掉PFAS的细菌。

这些细菌可不是简单地忍受PFAS的存在，它们实际上将PFAS作为唯一的碳源和能量来源，在没有其他营养物质的条件下生长繁殖。研究团队通过富集培养技术，在实验室中创造出一个只含PFAS的环境，然后筛选出能在这种极端条件下顽强生存的微生物。

初步实验证实，这些细菌对PFAS具有显著的降解能力。在部分菌株中，降解效率甚至达到了30%以上——要知道，PFAS因碳-氟键稳定性极强，哪怕降解几个百分点都极其困难，因此，这一数字足以令人振奋。它们来自一些环境中常见但功能独特的属类，例如微球菌属（Micrococcus）、红杆菌属（Rhodanobacter）、假黄单胞菌属（Pseudoxanthomonas）和无色杆菌属（Achromobacter），这些都在生物修复研究中有一定知名度。

更令人欣慰的是，这些菌株大多可以在实验室中稳定培养，而且通常对人类无害。这意味着它们不仅在生态上具有适应性，也具备了潜在的实际应用前景。

基因测序揭开细菌降解PFAS的秘密

找到能吃PFAS的细菌只是第一步，科学家更想知道它们是如何做到这一点的。为了深入了解这些“嗜毒细菌”的降解机制，研究团队结合了传统微生物学与现代分子生物学技术，揭开细菌降解PFAS的秘密。

首先，他们采用了经典的富集培养方法。研究者将污染土壤样本接种到只含PFAS、不含其他碳源的培养基中，唯有能以PFAS为“食”的细菌才能存活下来，这一方法成功筛选出20种候选菌株。

接着，研究团队运用了一种叫做“宏条形码（metabarcoding）”的分子技术。它通过高通量测序分析土壤样本中的微生物DNA，迅速确定其中存在哪些微生物类群，并评估它们的功能潜力。这种基因图谱式扫描不仅验证了培养中筛选出的菌种，还揭示了它们在自然生态系统中的多样性与相互关系。

进一步地，研究人员还对这20株菌的全基因组进行了测序与注释。这一步尤为关键，因为它可以帮助科学家定位具体的降解PFAS基因，也就是说，找到那些专门负责打破碳-氟键、将PFAS转化为无害小分子的关键酶和代谢通路。

目前，科研团队已将这些信息与实验测得的降解效率进行比对，初步建立起了哪些菌株更有效、为何有效的联系图谱。这些数据将为后续的生物强化修复方案、以及合成生物学手段的基因转移提供技术支撑。

值得一提的是，这些菌株不仅在实验室中易于培养，而且大多数对人类与动植物无明显毒性。这意味着，它们或许能够走出实验室，进入真实环境中承担“清污战士”的角色。正如研究负责人Edoardo Puglisi教授所言，这些微生物可能开启PFAS治理的新纪元，甚至为其他难降解污染物的处理提供借鉴。

总结

科学家在土壤中发现PFAS降解菌的研究，让我们看到了“永远化学品”并非永远无解的可能性。这些微生物并不神秘，它们原本就生活在自然界中，只是我们过去从未真正了解它们的潜力。通过实验室筛选和基因解码，我们得以窥见它们处理PFAS的机制，也为未来开发“绿色修复”方案打下基础。

但我们也应当意识到，技术不是万能的解药。无论是细菌、化学方法，还是先进设备，都无法消除人类无节制使用PFAS带来的根本问题。这项研究给我们带来希望的同时，也是一种提醒——如果污染不止，修复永远追赶不上破坏。

参考文献：

[1] https://phys.org/news/2025-06-pfas-bacteria-veneto-soil.html

[2] Glüge, Juliane, et al. "An overview of the uses of per-and polyfluoroalkyl substances (PFAS)." Environmental Science: Processes & Impacts 22.12 (2020): 2345-2373.

[3] Abunada, Ziyad, Motasem YD Alazaiza, and Mohammed JK Bashir. "An overview of per-and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in the environment: Source, fate, risk and regulations." Water 12.12 (2020): 3590.

[4] Zhang, Zhiming, et al. "Biodegradation of per-and polyfluoroalkyl substances (PFAS): A review." Bioresource technology 344 (2022): 126223.

[5] Canter, Neil. "PFAS: New approach for decomposition using microbes." Tribology & Lubrication Technology 80.11 (2024): 12-13.

作者丨邵文亚博士 福建医科大学副教授；杨超博士

审核丨刘键熙博士 福建(jiàn)师(shī)范(fàn)大(dà)学(xué)副(fù)教(jiào)授(shòu)