Бактерии удивительным образом очистили воду от токсичного урана на 96%

Исследование подтвердило, что добавление глицерина побуждает бактерии связывать уран в безопасные наночастицы, очищая затопленные шахты без затратной откачки

Исследователи из Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR), Университета Гранады и компании Wismut GmbH впервые показали, что микроорганизмы могут преобразовывать растворённый в воде ядовитый уран в стабильное химическое соединение.

Для этого микроорганизмам требуется глицерин в качестве пищевого источника. В процессе уран переходит в пятивалентное состояние, которое ранее считалось исключительно неустойчивым промежуточным продуктом в химии.

Эксперименты проводились с использованием воды из затопленной урановой шахты Шлема-Альберода в Рудных горах Германии. В условиях лаборатории, лишённых кислорода, к образцам добавляли глицерин — побочный продукт разложения растительных и животных жиров.

Через 130 дней концентрация растворённого урана уменьшилась на 96%: с 1 мг/л до 0,04 мг/л. Бактерии не только поглощали металл, но и интегрировали его в свои клеточные стенки.

Для определения химической формы связанного урана использовали спектроскопию и высокоразрешающую микроскопию на синхротроне ESRF во Франции. Исследование показало, что металл перешёл в пятивалентное состояние и сформировал соединение из урана, железа и кислорода. Ранее пятивалентный уран фиксировался только в неустойчивом состоянии, однако в новых условиях он сохранял стабильность более 130 дней в бескислородной среде и до 4 недель при контакте с атмосферным воздухом.

Это открытие изменяет традиционное представление о геохимическом цикле урана. Ранее считалось, что восстановление шестивалентного урана происходит напрямую в четырёхвалентный, который затем образует минерал уранинит. Уранинит легко окисляется при взаимодействии с кислородом в системе. Обнаруженное соединение обладает высокой термодинамической стабильностью и играет роль буфера, предотвращающего повторное растворение и мобилизацию радиоактивного элемента даже при колебаниях окислительно-восстановительного потенциала.

Микробное сообщество, активированное глицерином, действует сложным образом. Ферментирующие бактерии расщепляют глицерин, выделяя органические кислоты и водород. Сульфатредуцирующие бактерии используют эти метаболиты для прямого переноса электронов на уран или опосредованно через образование сероводорода и железа. Этот процесс позволяет иммобилизовать металл непосредственно на клеточной поверхности в виде наночастиц размером 2-3 нанометра.

Результаты исследования, опубликованные в Nature Communications, создают основу для разработки экономически эффективных стратегий очистки промышленных стоков. Традиционные методы требуют постоянного удаления урана, тогда как использование глицерина для стимуляции местных бактерий позволит фиксировать радионуклиды прямо в водоносных горизонтах, минимизируя риск их возврата в окружающую среду.