Неустойчивый уран-5 неожиданно проявил стабильность: бактерии очистили воду от токсичного металла на 96%

Специалисты из Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR), Университета Гранады и предприятия Wismut GmbH впервые доказали способность микроорганизмов трансформировать растворённый в воде ядовитый уран в устойчивое химическое вещество.

Для достижения этого микрофлоре необходим глицерин в роли питательной субстанции. В ходе реакции металл приобретает пятивалентную форму, которая ранее рассматривалась исключительно как крайне нестабильная промежуточная фаза.

Опыты осуществлялись с водной средой из затопленной урановой выработки Шлема-Альберода, расположенной в немецких Рудных горах. В анаэробных лабораторных условиях к пробам подмешивали глицерин — естественный побочный продукт распада липидов растительного и животного происхождения.

Спустя 130 суток уровень растворённого урана снизился на 96% — с 1 мг/л до 0,04 мг/л. Микроорганизмы не просто захватывали элемент, но и фиксировали его структурах собственных клеточных оболочек.

Для определения точной химической структуры связанного радионуклида задействовали методы синхротронной спектроскопии и высокоразрешающей микроскопии на базе французского комплекса ESRF. Исследование подтвердило, что элемент перешел в пятивалентное состояние, сформировав комплексное соединение с железом и кислородом. Если ранее соединения урана(V) фиксировались лишь как мимолётные образования, то в новом эксперименте они оставались стабильными более 130 дней в бескислородной обстановке и около месяца при взаимодействии с кислородом воздуха.

Полученные данные кардинально пересматривают устоявшиеся взгляды на геохимический круговорот урана. Ранее предполагалось, что шестивалентный уран восстанавливается сразу до четырёхвалентного с последующим осаждением в виде уранинита, склонного к быстрому окислению при малейшем притоке кислорода. Выявленная фаза отличается выдающейся термодинамической стабильностью и служит эффективным барьером, исключающим вторичное растворение и миграцию радиоактивного компонента при изменении окислительно-восстановительных параметров среды.

Биоценоз, подстёгнутый добавлением глицерина, функционирует по многоступенчатому механизму. Бактерии-ферментаторы утилизируют глицерин с выделением водорода и органических кислот. Сульфатредукторы задействуют эти продукты метаболизма для прямого восстановления урана либо косвенного — посредством генерации железа и сероводорода. Такой путь даёт возможность закреплять металл прямо на мембранах клеток в виде наночастиц величиной 2–3 нанометра.

Итоги изыскания, обнародованные в журнале Nature Communications, закладывают фундамент для создания экономически эффективных технологий дезактивации промышленных стоков. В отличие от традиционных затратных схем откачки, стимуляция аборигенной микрофлоры глицерином позволяет надежно удерживать радионуклиды непосредственно в подземных пластах, полностью нивелируя угрозу загрязнения биосферы.

Источник: iXBT