Учёные обнаружили бактерию, которая «дышит» ураном и обездвиживает его
Штамм бактерий, «дышащих» ураном, может стать ключом к очистке загрязнённых грунтовых вод на местах переработки урановой руды для производства ядерного оружия.
Команда учёных из Университета Рутгерса и их коллеги обнаружили бактерию в почве на старом урановом руднике в Рифле, Колорадо. Это место — одно из девяти подобных в штате, использовавшихся в период расцвета производства ядерного оружия.
Исследование — часть программы Министерства энергетики США по изучению возможности использования микроорганизмов для иммобилизации урана, который просочился в почву и делает воду в колодцах непригодной для питья.
Открытие, опубликованное в апрельском выпуске PLoS ONE за 2015 год, — первый известный случай обнаружения бактерии из распространённого класса беттапротеобактерий, которая использует уран для дыхания. Эта бактерия может дышать как кислородом, так и ураном, чтобы запускать химические реакции, дающие энергию для жизни.
«После того как вновь обнаруженные бактерии взаимодействуют с соединениями урана в воде, уран становится неподвижным, — сказал Ли Керхоф, профессор наук о море и побережье. — Он больше не растворяется в грунтовых водах и, следовательно, не может загрязнять питьевую воду».
Дыхание ураном — довольно редкое явление в микробном мире. Большинство известных бактерий, способных к этому, не могут дышать кислородом, но часто используют соединения на основе металлов — обычно формы твёрдого железа. Учёные ранее наблюдали снижение концентрации урана в грунтовых водах при активности «железодыхающих» бактерий, но не смогли доказать, что эти бактерии напрямую использовали уран.
Хотя химическая реакция, которую бактерии проводят с ураном, — это обычный процесс восстановления (принятия электронов), Керхоф отметил, что остаётся загадкой, как восстановленный уран ведёт себя в подземной среде.
«Похоже, они образуют наночастицы урана», — сказал он, но минералогия процесса до сих пор плохо изучена и станет предметом дальнейших исследований.
Команде Рутгерса удалось выделить уранодышащую бактерию в лаборатории, исходя из того, что уран в образцах из Рифла токсичен для микроорганизмов. Исследователи искали признаки бактериальной активности, постепенно добавляя небольшие количества растворённого урана обратно в образцы, где уран уже был обездвижен. Найдя оптимальную концентрацию, они смогли выделить новый штамм.
Как именно штамм эволюционировал, точно неизвестно. Бактерии способны передавать гены друг другу. Так же, как они приобретают устойчивость к антибиотикам или токсичности тяжёлых металлов, эта бактерия «подобрала генетический элемент, который теперь позволяет ей обезвреживать уран и фактически расти на уране». Команда завершила секвенирование её генома для поддержки будущих исследований генетических элементов, позволяющих бактерии использовать уран.
Керхоф оптимистично оценивает потенциал этих бактерий для решения проблемы загрязнения грунтовых вод в Рифле. Ожидалось, что грунтовые воды смоют растворённый уран в реку Колорадо, где он разбавится до безопасного уровня, но этого не произошло. Другие методы, такие как выемка загрязнённой почвы или обработка агрессивными химикатами, считаются слишком дорогими или опасными.
«Биология — это способ решить проблему загрязнения, особенно в ситуациях, когда радионуклиды сильно разбавлены, но всё ещё присутствуют на опасном уровне», — сказал Керхоф.
Если подход окажется успешным, его можно будет рассмотреть для других мест переработки урана для ядерных арсеналов или топлива для АЭС. Проблема не повсеместна, но потенциально затрагивает большие объёмы воды. И проблема может выйти за рамки традиционных мест, таких как предприятия по переработке руды.
«Обеднённый уран содержится во многих бронебойных боеприпасах, — сказал он, — поэтому такие места, как Ближний Восток, переживающие войну, могут столкнуться с высоким уровнем урана в грунтовых водах».