Контроль загрязнения ураном всегда был сложной проблемой в области науки об окружающей среде, поскольку этот тяжелый металл может легко менять свою химическую форму при изменении окружающей среды. Как только уран высвобождается из руды и переходит в растворимое состояние, он может легко диффундировать через грунтовые воды, нанося непредсказуемый экологический ущерб. Однако исследование, недавно опубликованное в журнале Nature Communications, привело к неожиданному повороту: некоторые бактерии, живущие в природе, могут стать «естественной печатью», сдерживающей распространение урана.
Исследование, проведенное совместно Центром Гельмгольца Дрезден-Розендорф (HZDR) в Германии, Wismut GmbH и Университетом Гранады в Испании, обратило внимание на микроорганизмы, находящиеся глубоко в шахтах. Исследователи взяли образцы воды из затопленного уранового рудника в Рудных горах, которые содержали естественные бактериальные сообщества, давно адаптировавшиеся к экстремальным условиям рудника. В лаборатории исследователи смоделировали бескислородную природную среду на глубине около 2000 метров под землей и добавили в образцы воды глицерин в качестве источника энергии для бактерий. Глицерин — это обычное органическое вещество, которое также часто встречается в грибах, разрушающих древесину.
После 130 дней непрерывного мониторинга были получены ошеломляющие результаты: примерно 95% растворенного в воде урана было успешно удалено. С помощью передовых методов микроскопии и спектроскопического анализа исследовательская группа дополнительно раскрыла химический механизм, стоящий за этим. Анализ показал, что после того, как бактерии проглотили глицерин, они метаболически иммобилизовали уран на своих клеточных стенках. Что еще более важно, под этим эффектом уран образует редкую форму пятивалентного урана (U(V)) и далее соединяется с железом и кислородом с образованием соединения под названием FeU(V)O4.
Пятивалентный уран обычно считается чрезвычайно нестабильным и недолговечным в природной среде, но новое соединение, открытое на этот раз, демонстрирует чрезвычайно высокую стабильность. Исследователи отметили, что это соединение ранее уже более 25 лет обнаруживалось в почве, загрязненной урановыми бомбами, и не разлагалось даже под воздействием воздуха. Новое исследование впервые демонстрирует, что бактерии играют центральную роль в образовании этого конкретного соединения и что его производство даже увеличивается, когда сухая бактериальная биомасса подвергается воздействию кислорода.
Это открытие не только заполняет пробел в понимании научным сообществом механизма естественного образования этого соединения, но и обеспечивает многообещающее направление исследований в области биоремедиации. Хотя эта технология все еще находится на стадии лабораторных исследований и нуждается в дальнейшей проверке на предмет ее надежности в естественной среде и долгосрочной эффективности реагирования на изменения окружающей среды, она предлагает новую идею для контроля загрязнения ураном. В будущем исследовательская группа продолжит изучать детали биохимических реакций этих «уран-связывающих бактерий» и надеется полностью «запереть» эти опасные загрязнители тяжелых металлов в безопасном диапазоне с помощью микроорганизмов.