Бактерии — потенциальная угроза хранилищам ядерных отходов
Подземные микроорганизмы, взаимодействуя с радиоактивными отходами и материалами для их удержания, могут влиять на безопасность геологических хранилищ — как положительно, так и отрицательно.
Глубокие геологические формации считаются самым безопасным местом для захоронения ядерных отходов, отчасти из-за кажущейся неизменности среды. Однако выясняется, что деятельность человека, такая как прокладка туннелей, может стимулировать активность подземных бактерий. В текущем проекте учёные из EPFL каталогизируют подземную микробную жизнь и изучают её потенциальное влияние на защитные барьеры — контейнеры, бетон и прилегающую породу.
Для оценки долгосрочной безопасности потенциальных мест захоронения необходимо знать, какие бактерии присутствуют на глубине, какие химические превращения они способны осуществлять и как могут эволюционировать. «Мы используем секвенирование ДНК и биоинформатику для идентификации микробов, захваченных породой», — объясняет Ризлан Бернье-Латмани, руководитель лаборатории. Данные также покажут, какие молекулы микробы могут производить. «Учитывая длительные сроки — сотни тысяч лет — если бактерии могут что-то сделать, они это сделают», — говорит она.
Эксперименты ведутся на сотни метров ниже Мон-Терри (Швейцария) в международной исследовательской платформе, изучающей пригодность глинистых пород (в данном случае опалинусовой глины) для захоронения радиоактивных отходов. Опалинусовая глина — один из потенциальных типов пород-хозяев в Швейцарии. Результаты во многом будут применимы к другим похожим объектам.
Оценка потенциала микроорганизмов
Бернье-Латмани выделяет несколько бактериальных процессов, способных повлиять на безопасность хранилищ:
- Негативные: усиленная коррозия металлических отходов и контейнеров, производство метана — могут ослабить барьеры.
- Позитивные: потребление газов, способных со временем создавать давление в sealed хранилище; изменение формы радиоактивных элементов, что может снизить их подвижность и эффективно иммобилизовать их в породе.
«Углубляя понимание возможной активности микроорганизмов, мы можем учесть её при оценке долгосрочной безопасности», — поясняет исследователь. Используя современные технологии секвенирования ДНК, можно идентифицировать микробов, даже если они составляют лишь десятую долю процента популяции. Это важно, так как именно редкие бактерии могут нести генетическую информацию, которая позволит им процветать после sealing хранилища.
Наблюдение за адаптацией бактерий в реальном времени
В тесном микробном сообществе, существующем тысячелетия в меняющейся среде, бактерии могут эволюционировать и приобретать новые функции через горизонтальный перенос генов. Чтобы понять эту эволюцию, необходимо идентифицировать гены, экспрессируемые всем сообществом.
Раньше виды идентифицировали через культивирование, что охватывало лишь ~1% популяции. Теперь можно анализировать ДНК всех микроорганизмов из environmental sample с помощью секвенирования и биоинформатических алгоритмов, получая полный каталог их молекулярных машин (белков) и даже активный в данный момент их subset.
Команда использует специальные биореакторы, встроенные в породу на глубине сотен метров, которые позволяют отбирать пробы грунтовых вод и наблюдать за ростом и активностью бактерий в их естественной среде. Исследователи изучают, как бактерии реагируют на различные «диеты» (например, на обогащение воды водородом, имитирующее коррозию стальных контейнеров), отслеживая в реальном времени параметры pH, растворённого кислорода и сульфатов. С помощью секвенирования ДНК можно будет наблюдать адаптацию бактерий к новой среде.
Пока неизвестно, являются ли эти микроорганизмы аборигенными или попали в породу при excavation туннелей, но они там есть и активны. Глубинные геологические хранилища выбраны как наиболее жизнеспособный вариант, поскольку порода кажется «замороженной во времени». Однако вторжение человека может вернуть подземную биологию к её нормальному темпу.