Бактерії з уранової шахти можуть стати ключем до очищення радіоактивних вод

На місці однієї з найбільших уранових шахт світу, яка десятиліттями залишала після себе токсичну спадщину, науковці виявили несподіваних союзників у боротьбі із забрудненням. Мікроорганізми, що живуть у радіоактивній воді, здатні перетворювати небезпечний уран на стабільну хімічну форму, яку легше утримувати в навколишньому середовищі.

Відкриття зробили дослідники з німецького Центру Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) та Університету Гранади в Іспанії. Їхня робота, опублікована у журналі Nature Communications, може стати основою для нових біологічних методів очищення забруднених територій.

Спадщина уранового видобутку

Дослідження проводили на території шахти Wismut GmbH Schlema-Alberoda у колишній Східній Німеччині. Під час радянського періоду тут активно видобували уранову руду, а після об’єднання Німеччини у 1990 році підприємство закрили.

Проте проблеми залишилися. Після припинення робіт підземні виробки почали заповнюватися водою, яка містила значну кількість урану та інших небезпечних речовин. Відтоді шахта потребує постійного очищення води, що є складним і дорогим процесом.

Зазвичай уран асоціюється з радіаційною небезпекою, адже потрапляння забрудненої ним води в організм може шкодити людям та іншим живим організмам. Однак у таких екстремальних умовах сформувалася унікальна мікробна екосистема.

Мікроби, які змінюють властивості урану

Раніше вчені вже знали, що деякі бактерії можуть використовувати розчинений у воді уран у своїх біологічних процесах, якщо отримують відповідне джерело живлення. Нове дослідження показало, що за допомогою гліцерину бактерії здатні не просто взаємодіяти з ураном, а змінювати його хімічний стан.

Команда дослідників взяла зразки води на вході очисної установки шахти та створила умови, максимально наближені до підземного середовища. На глибині близько 2000 метрів у шахті майже немає кисню, тому вчені намагалися відтворити саме таке середовище для місцевих бактерій.

Після додавання гліцерину мікроорганізми почали перетворювати уран у рідкісну п’ятивалентну форму — U(V).

Це важливий момент, адже зазвичай у природі уран перебуває у чотири- або шестивалентному стані. П’ятивалентний уран зустрічається дуже рідко і раніше вважався нестабільним.

Майже весь уран перейшов у стабільну форму

Дослідники встановили, що під дією бактерій уран почав з’єднуватися із залізом та киснем, утворюючи сполуку FeU(V)O₄.

Раніше вчені знали про існування цієї речовини, але не розуміли, що вона може формуватися природним шляхом за участю живих організмів.

Через 130 днів експерименту у зразках залишилося лише близько 5% початкової кількості розчиненого урану. Значна частина металу була не лише пов’язана з клітинними структурами бактерій, а й перетворилася на стабільну мінеральну форму.

Саме це може зробити такі мікроорганізми перспективним інструментом для очищення радіоактивно забруднених вод.

Біологічне очищення замість дорогих технологій

Забруднення ураном є глобальною проблемою. Перевищення допустимих рівнів цього металу у воді фіксували у США, Канаді, Індії, Франції, Австралії та Південній Африці.

Традиційні методи очищення часто потребують значних витрат і можуть створювати додаткові відходи. Біоремедіація — використання живих організмів для очищення довкілля — розглядається як потенційно дешевша та екологічніша альтернатива.

«За останні три десятиліття біоремедіація досліджується як економічно ефективний спосіб очищення вод від урану без утворення великої кількості вторинних відходів», — зазначили автори роботи.

Втім, учені наголошують, що попереду ще багато досліджень. Поки що невідомо, наскільки ефективно такі бактерії можна буде використовувати у промислових масштабах і чи зможуть вони повністю замінити традиційні методи очищення.

Попри це, відкриття показує: навіть у найбільш забруднених місцях природа може створювати власні механізми відновлення. Мікроорганізми, які виживають у радіоактивному середовищі, можуть одного дня допомогти людству боротися з наслідками ядерної промисловості.