Дослідники з Центру імені Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR), спільно з Wismut GmbH та вченими з Університету Гранади в Іспанії, вперше продемонстрували, що бактерії можуть перетворювати уран, розчинений у воді, на стабільну хімічну сполуку, якщо мають доступ до гліцерину як джерела живлення. При цьому уран набуває хімічного стану, раніше відомого лише як перехідний. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Communications і є актуальними для майбутніх досліджень щодо використання бактерій для відновлення довкілля.
Бактерії в навколишньому середовищі, у ґрунті чи воді, відіграють важливу роль в екосистемах, деякі з них спеціалізуються на розщепленні шкідливих речовин. «Існують бактерії, які можуть метаболічно використовувати токсичний важкий метал уран», — зазначає доктор Евелін Кравчик-Берш, вчена з дослідницької групи наземної мікробіології HZDR та співавторка дослідження. Вона додала, що «дослідження нашої групи вже показали, що бактерії можуть використовувати розчинений у воді уран для свого метаболізму, коли мають доступ до гліцерину як джерела живлення». Гліцерин є основним компонентом рослинних і тваринних жирів, у природі він утворюється, наприклад, при розкладанні деревини грибами.
Бактерії накопичують уран у клітинних стінках
У новому дослідженні вчені прагнули з’ясувати, наскільки бактерії можуть зменшити кількість розчиненого урану у воді та в які хімічні форми перетворюється вільний уран внаслідок бактеріальних метаболічних процесів. Для експериментів використовувалася шахтна вода із затопленої уранової шахти в Рудних горах, що належить Wismut GmbH. Лабораторні дослідження проводилися в безкисневому середовищі, де до зразків води додавали певну кількість гліцерину.
«Ми хотіли створити природні умови для бактеріальної спільноти, яка вже існувала в шахтній воді, оскільки на глибині приблизно 2000 метрів (6600 футів) у шахті зазвичай мало або зовсім немає кисню», — пояснив Антоніо М. Ньюман-Портела, колишній докторант HZDR та кафедри мікробіології Університету Гранади, провідний автор дослідження. За умов, сприятливих для росту бактерій, вони почали використовувати гліцерин як джерело живлення. «Через 130 днів у зразках залишилося лише близько 5% урану, розчиненого у воді», — сказав Ньюман-Портела. «Ми підозрювали, що бактерії накопичили уран у своїх клітинних стінках. Про процеси такого накопичення ми вже знали з літератури». Дослідники змогли довести наявність урану в клітинних стінках бактерій.
Утворення стабільної сполуки FeU(V)O4
Для визначення точних хімічних сполук команда використовувала передові мікроскопічні та спектроскопічні методи. Дослідження включали експерименти на Россендорфській лінії пучка (ROBL), що експлуатується HZDR на Європейському синхротронному випромінювальному комплексі (ESRF) у Греноблі, Франція, а також додаткові дослідження в Університеті Гранади. У хімічній термінології термін «валентність» описує, скільки «рук» має атом, щоб утримувати інші атоми в хімічній сполуці. «Уран зазвичай зустрічається з валентністю 4 або 6. П’ятивалентний уран існує, але він рідкісний або лише перехідний. Досі його спостерігали в нестабільному стані окислення», — пояснив Ньюман-Портела. «Тому результати нашого дослідження були надзвичайно дивовижними, оскільки в аналізованій біомасі з наших експериментів незвично висока частка ідентифікованого урану також була п’ятивалентним ураном».
Дослідники виявили, що п’ятивалентний уран утворював сполуку FeU(V)O4 із залізом та киснем. «Ця уранова сполука ще не має назви, оскільки вона порівняно нова. Вперше її було продемонстровано в дослідженні 2020 року, в якому аналізувалися зразки ґрунту з частин Хорватії, забруднених урановими боєприпасами», — пояснює Кравчик-Берш. Тоді було встановлено, що навіть під впливом атмосферного кисню ця уранова сполука залишалася стабільною понад 25 років. «Але досі ми не знали, як ця сполука утворюється в природі або що бактерії відіграють роль у її формуванні», — додала вона. У подальших експериментах дослідницька група HZDR спостерігала, що кількість FeU(V)O4 фактично збільшувалася, коли висушена біомаса піддавалася впливу кисню.
«Наше дослідження вперше показало, що бактерії, які отримують гліцерин як джерело вуглецю, можуть перетворювати токсичний уран, розчинений у воді, на стабільну хімічну сполуку», — підсумувала Кравчик-Берш. «Нам ще належить дослідити, наскільки бактерії можуть допомогти знешкодити уран для цілей відновлення довкілля». У майбутній роботі команда HZDR прагне отримати нові дані про бактерії, що зв’язують уран, і краще зрозуміти основні біохімічні та геохімічні процеси.
Джерело: Phys.org
