Project

Discipline

Hexachlorocyclohexane (HCH); Compound-specific isotope analysis (CSIA); Biotransformation; Haloalkane dehalogenase (LinB); Dehydrochlorinase (LinA)

Lead
Lindan (gamma-Hexachlorcyclohexan) ist ein Organochlorpestizid, das als Schädlingsbekämpfungsmittel früher in der Schweiz produziert und eingesetzt wurde. Bei der Produktion sind unerwünschte Nebenprodukte angefallen, welche oft unsachgemäss entsorgt wurden und darum heute noch immer grosse Umweltprobleme darstellen. In diesem Projekt untersuchen wir die Biotransformation von Lindan und verwandten Verbindungen mit isotopischen Methoden, um einen Beitrag zur Risikoabschätzung verunreinigter Standorte zu leisten.
Lay summary
Einzelstoffisotopenanaylse ist eine neuartige analytische Methode, mit welcher Isotopenverhältnisse natürlich vorkommender Isotopen in Umweltchemikalien bestimmt werden können. Diese Information kann gebraucht werden, um potentielle Schadstoffquellen zu ermitteln und das Ausmass biologischer Abbauvorgänge zu bestimmen.   In diesem Projekt wenden wir die Methode der Einzelstoffisotopenanaylse an, um mikrobielle Transformationsreaktionen von Lindan und dessen Isomeren zu untersuchen. Dazu werden wir eine neue Methode zur Bestimmung von Chlorisotopen entwickeln. Diese Methode werden wir zuerst auf enzymatische Umsetzungen von Lindan und dessen Isomeren anwenden, um die für spätere Feldversuche nötigen Grundlagen zu erarbeiten.   Das Projekt befasst sich einerseits mit Grundlagenforschung bei der Methodenentwicklung zur Messung von Chlorisotopenverhältnisse in chlororganischen Schadstoffen und der Enzymatik des Lindanabbaus. Andererseits, planen wir die erarbeitete Methode im Feld anzuwenden, um den Abbau von Lindan in verunreinigten Standorten nachzuweisen und zu quantifizieren.

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Last update: 26.09.2014

Active participation

Number	Title	Start	Funding scheme

gamma-Hexachlorocyclohexane (gamma-HCH) is an organochlorine pesticide that was extensively used during the last century as an insecticide for the control of agricultural pests and vector borne diseases. It was mainly used in two ways. First, as a technical mixture mainly containing the five isomers alpha-HCH (60-70%), beta-HCH (5-12%), gamma-HCH (10-12%), delta-HCH (6-10%) and epsilon-HCH (2-3%) and later as lindane (gamma-HCH, 99%). In-discriminate agricultural application of technical HCH and inadequate disposal of isomeric waste from lindane production led to widespread contamination of agricultural soils and production landfills with these HCH isomers. It has been estimated that between 1.7 and 4.8 million tons of HCH residuals is still present worldwide. These numbers illustrate that the environmental burden of HCH wastes still consti-tutes an immense environmental problem and consequentially, various HCH isomers were recently add-ed to the list of persistent organic pollutants regulated under the Stockholm convention.Biodegradation and bioremediation are paramount processes to destroy HCH isomers in the en-vironment and several studies have shown that bioaugmentation and biostimulation approaches have a promising potential for remediating low-level HCH-contaminations in agricultural environments. However, there are open questions to be answered with regard to the fate of the various HCH isomers, the mechanisms governing HCH isomer turnover, and in particular the methodology for assessing success of HCH-turnover in environmental settings, before such bioremediation approaches can be unconditionally promoted for use in large scale field applications. In this context, compound-specific isotope analysis (CSIA) offers unique opportunities to assess both the extent and the pathways of HCH biotransformation.In this project, we will address these research questions by developing and applying CSIA meth-ods for Cl- and C-isotope analysis of HCH isomers. To this end, we will extend current analytical methods for Cl isotope analysis and apply them to elucidate the unknown kinetic isotope effects associated with HCH biotransformation under oxic conditions. The fundamental understanding of the enzymatic dehy-drochlorination and nucleophilic substitution reactions will enable us to evaluate isotope fractionation in HCH isomers and their transformation products to assess the extent and predominant pathways of deg-radation. With this information, we finally plan to assess the extent of HCH degradation in soil samples from contaminated sites.