Bryan Berger está enfrentando um dos maiores desafios ambientais dos tempos modernos:ar, contaminação do solo e da água causada por um grupo de produtos químicos tóxicos cujo uso generalizado e consequências para a saúde humana só agora estão vindo à tona em todo o mundo.

Em seu laboratório na Escola de Engenharia da Universidade da Virgínia, Berger, um professor associado de engenharia química, e sua equipe de pesquisa está desenvolvendo novas maneiras de livrar o planeta das substâncias perfluoroalquila e polifluoroalquila, ou PFAS, que são usados ​​em um grande número de produtos de consumo, mas estão vinculados a sérios problemas de saúde. O grupo de Berger está investigando uma fonte muito improvável, Cannabis sativa, ou cânhamo industrial, um burro de carga fibroso conhecido por sua infinidade de usos benéficos, incluindo em têxteis, antimicrobianos e alimentos saudáveis.

Berger acredita que o cânhamo industrial também pode ser a maneira mais ecológica de diminuir um problema que vem crescendo há décadas.

Criação do PFAS

Na década de 1940, engenheiros químicos combinaram uma longa sequência de átomos de carbono com flúor para criar uma super substância com uma ligação química que é uma das mais fortes conhecidas na química orgânica hoje, quase impermeável à degradação natural. Os cientistas ainda não determinaram uma meia-vida; uma vez que está no ambiente, fica lá.

A estrutura química é tão fortemente ligada, ele facilmente libera outras substâncias, uma solução perfeita quando você precisa de ovos para deslizar para fora de panelas antiaderentes, chuva para formar gotas em jaquetas ou tecidos para resistir a manchas. Os militares também usaram os produtos químicos para suprimir incêndios de alta octanagem em bases ao redor do mundo.

As aplicações comerciais dos produtos químicos levaram a mais de 4, 730 variantes, e a fabricação e distribuição em grande escala ocorrem há mais de 60 anos.

Problemas Identificados

Nos últimos anos, numerosos estudos de saúde pelos National Institutes of Health, a Agência de Proteção Ambiental e outras organizações descobriram que os produtos químicos perfluoroalquil e polifluoroalquil são tóxicos, com links para vários tipos de câncer, doenças da tireóide e do fígado, condições neurológicas e problemas de saúde reprodutiva.

Enquanto isso, os produtos químicos vazaram para o abastecimento de água, alimentos e corpos das pessoas, onde foi comprovado que eles se acumulam rapidamente. Isso levou a Agência de Proteção Ambiental a emitir um alerta vitalício de saúde de que as pessoas deveriam consumir apenas 70 partes por trilhão de duas das variantes mais comuns - o equivalente a uma queda em uma piscina do tamanho de um campo de futebol se ela tivesse 12 metros de profundidade .

Soluções possíveis

"O estudo de soluções para a contaminação por PFAS é importante para o nosso laboratório como um exemplo de onde podemos projetar um único, solução biológica para abordar uma questão importante que afeta a saúde humana e o meio ambiente, "disse Berger, que traz pesquisas extensas sobre o cânhamo para a UVA e está planejando outros usos para a planta. "Também é uma grande oportunidade para nós colaborarmos com outros professores em todas as disciplinas para abordar os muitos desafios associados a este trabalho."

Os primeiros experimentos usando cânhamo para extrair toxinas de PFAS do solo têm sido encorajadores. Os membros de sua equipe também estão ligando PFAS a proteínas que podem ser degradadas com enzimas. Seu laboratório está olhando proativamente para as duas vias, um melhor para remover os produtos químicos da água e o outro do solo.

"O cânhamo é uma cultura de fitorremediação fantástica, então é capaz de remover coisas como metais pesados ​​e outros tipos de substâncias do solo e das águas subterrâneas, "disse Berger, cujo trabalho antes de ingressar na UVA Engineering em 2018 se concentrava em parte no uso da capacidade natural do cânhamo de sugar contaminantes através de seu sistema fibroso para limpar o solo fora das minas de carvão na Pensilvânia.

"Obtivemos alguns resultados realmente interessantes recentemente, em que examinamos a capacidade do cânhamo de sequestrar e remover PFAS de amostras de água e solo, ", disse ele." Poderia ser uma forma de remediar grandes porções de terra onde poderia haver contaminação, cultivando algo de valor em terras que, de outra forma, não teriam valor. "

Em um brilhante, laboratório do segundo andar em Wilsdorf Hall, Ph.D. estudante Madison Mann remove cuidadosamente um frasco de ácido perfluorooctanóico concentrado, uma das variantes PFAS mais prevalentes, por trás de uma coifa. Ela está conduzindo experimentos em busca de proteínas que se ligam aos produtos químicos PFAS.

"Estou tentando encontrar uma maneira ecologicamente correta e econômica de sequestrar PFAS, e então realmente degradá-lo, " ela disse.

Mann também terminou recentemente um experimento no qual ela cultivou plantas de cânhamo hidroponicamente em PFAS para ver se elas criariam raízes na substância tóxica, o que eles fizeram muito bem. A próxima etapa de sua pesquisa envolverá catalogar a quantidade de PFAS, caso existam, é absorvido pelas plantas fibrosas. Supondo que as plantas ajam da mesma forma que agem com outros metais pesados, o grupo de pesquisa já está pensando em maneiras de separar os produtos químicos do resto da planta.

"Se você pode quebrar o PFAS em apenas dióxido de carbono e flúor, de alguma forma, livrar-se do gás flúor com segurança, obviamente, então você tem um produto utilizável para outra indústria enquanto elimina a substância tóxica do meio ambiente, " ela disse.

Enquanto o trabalho ainda está em estágio de desenvolvimento, o grupo vê a promessa em ambas as abordagens para eliminar as toxinas, embora mais pesquisas sejam necessárias.

"É bom ter uma causa na qual você acredita e tenta fazer a diferença, "Disse Mann.

Dada a natureza tóxica do PFAS e a prevalência dele, Berger acredita que sua pesquisa pode ter um grande impacto na saúde dos animais e no meio ambiente.

"Espero que este trabalho traga uma maior conscientização sobre os importantes impactos ambientais e de saúde que os PFAS e outros contaminantes têm em nossas vidas diárias, "Berger disse, "e ilustrar a utilidade do desenvolvimento de ferramentas biológicas para tentar resolver esses problemas de forma ambientalmente amigável, forma sustentável. Já temos alguns resultados promissores indicando que nossas abordagens serão eficazes e, importante, pode ser implementado em uma escala e custo necessários para enfrentar este desafio na prática na Virgínia e além. "