Investigadores del Centro Helmholtz Dresden-Rossendorf (HZDR), junto con Wismut GmbH y científicos de la Universidad de Granada, han demostrado por primera vez que las bacterias pueden transformar el uranio disuelto en agua en un compuesto químico estable, siempre que tengan acceso a glicerina como fuente de alimentación. En este proceso, el uranio adquiere un estado químico que anteriormente solo se conocía como transitorio. Los resultados del estudio se han publicado en la revista Nature Communications y son relevantes para futuras investigaciones sobre el uso de bacterias en la restauración ambiental.
Las bacterias presentes en el medio ambiente, ya sea en el suelo o en el agua, desempeñan un papel crucial en los ecosistemas, y algunas de ellas se especializan en la descomposición de sustancias nocivas. «Existen bacterias que pueden utilizar metabólicamente el metal pesado tóxico uranio», señala la doctora Evelyn Krawczyk-Bersch, científica del grupo de investigación de microbiología terrestre del HZDR y coautora del estudio. Añadió que «los estudios de nuestro grupo ya han demostrado que las bacterias pueden utilizar el uranio disuelto en agua para su metabolismo cuando tienen acceso a glicerina como fuente de alimentación». La glicerina es un componente principal de las grasas vegetales y animales; en la naturaleza, se forma, por ejemplo, durante la descomposición de la madera por hongos.
Las bacterias acumulan uranio en las paredes celulares
En el nuevo estudio, los científicos buscaron determinar hasta qué punto las bacterias pueden reducir la cantidad de uranio disuelto en el agua y en qué formas químicas se transforma el uranio libre como resultado de los procesos metabólicos bacterianos. Para los experimentos, se utilizó agua de mina de una mina de uranio inundada en los Montes Metálicos, perteneciente a Wismut GmbH. Los estudios de laboratorio se llevaron a cabo en un ambiente sin oxígeno, donde se añadió una cantidad controlada de glicerina a las muestras de agua.
«Queríamos crear condiciones naturales para la comunidad bacteriana que ya existía en el agua de la mina, ya que a una profundidad de aproximadamente 2.000 metros (6.600 pies) en la mina generalmente hay poco o nada de oxígeno», explicó Antonio M. Newman-Portela, ex doctorando del HZDR y del departamento de microbiología de la Universidad de Granada, autor principal del estudio. En condiciones favorables para el crecimiento bacteriano, estas comenzaron a utilizar la glicerina como fuente de alimentación. «Después de 130 días, solo quedaba alrededor del 5% de uranio disuelto en las muestras de agua», dijo Newman-Portela. «Sospechábamos que las bacterias habían acumulado uranio en sus paredes celulares. Sobre los procesos de tal acumulación ya sabíamos de la literatura». Los investigadores pudieron demostrar la presencia de uranio en las paredes celulares de las bacterias.
Formación de un compuesto estable FeU(V)O4
Para determinar los compuestos químicos exactos, el equipo utilizó métodos microscópicos y espectroscópicos avanzados. La investigación incluyó experimentos en la línea de haz de Rossendorf (ROBL), operada por el HZDR en el Complejo de Radiación de Sincrotrón Europeo (ESRF) en Grenoble, Francia, así como investigaciones adicionales en la Universidad de Granada. En terminología química, el término «valencia» describe cuántas «manos» tiene un átomo para sostener otros átomos en un compuesto químico. «El uranio generalmente se encuentra con valencia 4 o 6. El uranio pentavalente existe, pero es raro o solo transitorio. Hasta ahora se ha observado en un estado de oxidación inestable», explicó Newman-Portela. «Por lo tanto, los resultados de nuestro estudio fueron extremadamente sorprendentes, ya que en la biomasa analizada de nuestros experimentos, una proporción inusualmente alta del uranio identificado también era uranio pentavalente».
Los investigadores descubrieron que el uranio pentavalente formaba un compuesto FeU(V)O4 con hierro y oxígeno. «Este compuesto de uranio aún no tiene nombre, ya que es relativamente nuevo. Fue demostrado por primera vez en un estudio de 2020 en el que se analizaron muestras de suelo de partes de Croacia contaminadas con municiones de uranio», explica Krawczyk-Bersch. Entonces se estableció que incluso bajo la influencia del oxígeno atmosférico, este compuesto de uranio permaneció estable durante más de 25 años. «Pero hasta ahora no sabíamos cómo se forma este compuesto en la naturaleza o qué papel juegan las bacterias en su formación», añadió. En experimentos posteriores, el grupo de investigación del HZDR observó que la cantidad de FeU(V)O4 aumentaba cuando la biomasa seca se exponía al oxígeno.
«Nuestro estudio ha demostrado por primera vez que las bacterias, que reciben glicerina como fuente de carbono, pueden transformar el uranio tóxico disuelto en agua en un compuesto químico estable», resumió Krawczyk-Bersch. «Aún tenemos que investigar hasta qué punto las bacterias pueden ayudar a neutralizar el uranio con fines de restauración ambiental». En futuros trabajos, el equipo del HZDR busca obtener nuevos datos sobre las bacterias que unen el uranio y comprender mejor los procesos bioquímicos y geohidrológicos subyacentes.
