Группа исследователей из Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR), Университета Гранады и компании Wismut GmbH совершила прорыв в области очистки окружающей среды от радиоактивных загрязнений. Ученые доказали, что обычные бактерии способны трансформировать токсичный уран, растворенный в воде, в химически стабильное соединение.
Механизм биоремедиации
Ключевым фактором в этом процессе стал глицерин, который бактерии используют в качестве источника питания. В ходе метаболизма уран переходит в пятивалентное состояние. Ранее в химической науке считалось, что такая форма урана может существовать лишь как крайне неустойчивое промежуточное звено.
Экспериментальной площадкой послужила вода из затопленной урановой шахты Шлема-Альберода, расположенной в Рудных горах (Германия). Исследователи создали бескислородные лабораторные условия и добавили в образцы глицерин — побочный продукт разложения жиров. Результаты оказались впечатляющими: спустя 130 дней концентрация растворенного урана снизилась с 1 мг/л до 0,04 мг/л, что соответствует 96% очистке. При этом бактерии не просто нейтрализовали металл, но и зафиксировали его частицы на своих клеточных стенках.
Изображение сгенерировано: Nano Banana
Стабильность пятивалентного урана
Для детального анализа химической формы элемента была использована спектроскопия и микроскопия высокого разрешения на мощностях синхротрона ESRF во Франции. Ученые выяснили, что металл образовал комплекс из урана, железа и кислорода. Оказалось, что в данных условиях пятивалентный уран сохраняет стабильность на протяжении 130 дней в бескислородной среде и до 4 недель даже при воздействии атмосферного воздуха.
Это открытие корректирует современные представления о геохимическом цикле урана. Традиционная теория гласила, что восстановление шестивалентного урана протекает сразу до четырехвалентного состояния с образованием уранинита. Однако уранинит крайне нестабилен и легко окисляется при контакте с кислородом. Новое соединение обладает термодинамической стойкостью и служит своеобразным буфером, препятствующим повторному растворению опасного элемента при изменении внешних условий.
Роль микробного сообщества
Процесс очистки стимулируется сложным взаимодействием различных микроорганизмов. Ферментирующие бактерии расщепляют глицерин, производя органические кислоты и водород. Эти метаболиты используются сульфатредуцирующими бактериями, которые переносят электроны на уран (напрямую или через взаимодействие с железом и сероводородом). Итогом становится иммобилизация металла на поверхности клеток в виде наночастиц размером 2–3 нанометра.
Результаты работы, опубликованные в журнале Nature Communications, закладывают фундамент для экологически безопасных и экономически эффективных методов очистки промышленных сточных вод и водоносных горизонтов. В отличие от затратных традиционных способов, этот подход позволяет фиксировать радионуклиды непосредственно на месте, исключая их вторичное попадание в экосистему.
