Международная группа исследователей совершила прорыв, доказав, что бактерии способны эффективно переводить растворенный в воде уран в стабильное химическое состояние. Для запуска этого процесса микроорганизмам необходим лишь простой источник питания — глицерин. Данное открытие открывает путь к разработке экологически безопасных методов биологической очистки почв и подземных вод, загрязненных радиоактивными отходами.
Изображение: HZDR/J. Raff/E. Krawczyk-Barsch/edited with AI
В работе приняли участие специалисты Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR), представители компании Wismut GmbH и ученые из Университета Гранады. В качестве подопытного материала использовалась вода из затопленных урановых шахт в немецких Рудных горах, что позволило максимально точно имитировать реальные условия загрязнения.
В лабораторных условиях образцы воды поместили в бескислородную среду, добавив в качестве питательной добавки глицерин. Бактерии, используя его как источник энергии, начали активно воздействовать на растворенный уран, преобразуя его в менее подвижную и токсичную форму.
Результаты эксперимента оказались впечатляющими: спустя 130 дней концентрация урана в воде упала на 95%. Последующий глубокий анализ показал, что большая часть металла сконцентрировалась в клеточных стенках бактерий. Для подтверждения этого факта ученые задействовали передовые технологии, включая электронную микроскопию и спектроскопию на мощностях европейского синхротрона ESRF во Франции.
Уникальное открытие: роль пятивалентного урана
Ключевым достижением стало обнаружение необычной формы урана. В природе этот элемент чаще всего встречается в состояниях с валентностью IV и VI, тогда как пятивалентный уран U(V) традиционно считался нестабильным и крайне редким промежуточным звеном. Однако в ходе бактериальной реакции именно эта форма стала основным продуктом.
Исследователи зафиксировали, что уран вступает в реакцию с железом и кислородом, образуя устойчивое соединение состава FeU(V)O4. Ранее подобные соединения фиксировались лишь однажды — в почвах Хорватии, пострадавших от применения урановых боеприпасов, однако механизм их природного происхождения оставался загадкой. Теперь стало ясно, что решающую роль в этом играют микроорганизмы.
Дополнительным сюрпризом стала высокая стабильность полученного соединения. Оно сохраняет свои свойства даже при контакте с кислородом, а после высушивания бактериальной массы под воздействием воздуха количество FeU(V)O4 демонстрирует тенденцию к дальнейшему росту. Полученные данные позволяют по-новому взглянуть на естественные процессы очистки среды и в будущем применить эти биотехнологии для восстановления экологии в регионах с повышенным уровнем радиационного загрязнения.
