Mechanizmy i szlaki biometylacji arsenu, antymonu i rtęci w glebie
Arsen (As) powszechnie występuje w środowisku, także w glebie, zarówno w formie nieorganicznej, jak organicznej. Postaci organiczne występujące w glebie to najczęściej kwas mono- i dimetyloarsynowy (MMA(V) oraz DMAV(V)). Niewiele jednak wiadomo na temat procesu powstawania tych związków, nazywanego biometylacją. Mikroorganizmy żyjące w glebie przekształcają nieorganiczny As na mniej toksyczne utlenione związki metylowane, głównie MMA(V) i DMA(V). Wytwarzają one jednak również zredukowane związki metylowane MMA(III) i DMA(III), które są jeszcze bardziej toksyczne niż nieorganiczny As. Biometylacja jest powiązana z innym mechanizmem, noszącym nazwę bioulatniania, który prowadzi do produkcji czterech wysoce lotnych związków As (arsyna, mono, di- i trimetyloarsyna). Projekt BIOMETA (Biomethylation and biovolatilisation of arsenic in soils: Using carbon and hydrogen isotopes to unravel the mechanisms and pathways involved) powstał z zamiarem zbadania biometylacji i bioulatniania arsenu. Naukowcy ustalili, że porosty stanowią ważne źródło As w atmosferze. Tempo, w jakim emitują one lotny As, może przydać się w poznaniu szlaków biometylacji w eksperymentach inkubacyjnych. Przeprowadzono też szereg doświadczeń dotyczących biometylacji i bioulatniania Sb (siostrzanego pierwiastka As) oraz Hg, innej ważnej substancji zanieczyszczającej. Opracowano nowe niedrogie i łatwe w użyciu techniki pomiaru metylowanych i lotnych postaci Sb i Hg, wykorzystując wysoko wydajną chromatografię cieczową oraz spektrometrię mas z indukcyjnie sprzężoną plazmą (HPLC-ICP-MS). Naukowcy opracowali też nową metodę pomiaru lotnych związków Sb na poziomach śladowych, wykorzystującą ciekłe pułapki, oraz nową ilościową technikę ekstrakcji, w której kwas szczawiowy umożliwia pomiar metylowanych związków Sb w glebie i organizmach żywych. Uczeni połączyli metody ekstrakcji i analizy, aby wykazać, że trimetyloantymon (do 1,8 ppm) może występować na strzelnicach. Ustalono też, że w przypadku zalania gleby na strzelnicy do 10% antymonu w wodzie w porach gruntu to trimetyloantymon. Ponadto, eksperymenty na roślinach hydroponicznych wykazały, że rośliny rosnące na strzelnicach, na przykład życica trwała, mogą wchłaniać trimetyloantymon i przekazywać go do swoich pędów. Te mogą być spożywane przez zwierzęta gospodarskie, gdyż strzelnice nadal wykorzystuje się czasami jako pastwiska. Opracowano nową technikę ekstrakcji metylortęci (MeHg) z gleby oraz fauny i flory, wykorzystującą kwas solny oraz ekstrakcję przy pomocy dichlorometanu i L-cysteiny. Ekstrakt mierzono następnie przy użyciu HPLC-ICP-MS. Naukowcy zastosowali tę technikę do zbadania obecności MeHg na skażonej równinie zalewowej w Szwajcarii. Ponadto, przeprowadzili eksperyment z inkubacją gruntu, aby ukazać wpływ zalewania i dodawania materii organicznej na poziom Hg. Projekt BIOMETA pomoże w skuteczniejszym zarządzaniu i remediacji skażonych terenów dzięki pełniejszej wiedzy na temat zachowania się tych toksycznych pierwiastków. Pomoże też prawodawcom w tworzeniu nowych przepisów dotyczących konkretnych związków.
Słowa kluczowe
Arsen, gleba, antymon, rtęć, biometylacja, bioulatnianie, BIOMETA
