Группа ученых и сотрудников Университета Рутгерса обнаружила бактерии в почве на старом заводе по производству урановой руды в Рифле, штат Колорадо, почти в 200 милях к западу от Денвера. Это один из девяти таких заводов в Колорадо, которые использовались в период расцвета производства ядерного оружия.Исследование является частью программы Министерства энергетики США, целью которой является выяснить, могут ли микроорганизмы задерживать уран, который выщелачивался в почву много лет назад и теперь делает воду из колодца небезопасной для питья.
Открытие группы, опубликованное в выпуске PLOS ONE от 13 апреля 2015 года, является первым известным случаем, когда ученые обнаружили бактерии из общего класса, известного как бетапротеобактерии, которые дышат ураном. Эта бактерия может дышать кислородом или ураном, чтобы управлять химическими реакциями, которые дают живительную энергию.«После того, как недавно обнаруженные бактерии взаимодействуют с соединениями урана в воде, уран становится неподвижным», — сказал Ли Керкхоф, профессор морских и прибрежных наук в Школе экологических и биологических наук. «Он больше не растворяется в грунтовых водах и, следовательно, не может загрязнять питьевую воду, вынесенную на поверхность».Керкхоф возглавляет команду Рутгерса, которая работает с исследователями Министерства энергетики США.
В микробном мире вдыхаемый уран встречается довольно редко. Большинство примеров бактерий, которые могут дышать ураном, не могут дышать кислородом, но часто дышат соединениями на основе металлов — обычно формами твердого железа. Ученые ранее наблюдали снижение концентрации урана в грунтовых водах, когда были активны железодышащие бактерии, но им еще предстоит показать, что эти железодышащие бактерии непосредственно дышали ураном.
Хотя химическая реакция, которую бактерии проводят с ураном, является обычным процессом, известным как «восстановление» или актом принятия электронов, Керкхоф сказал, что до сих пор остается загадкой, как восстановленный уран, производимый этим микроорганизмом, в конечном итоге ведет себя в подземной среде.«Похоже, что они образуют наночастицы урана», — сказал он, но минералогия все еще малоизвестна и будет предметом текущих исследований.Команда Рутгерса смогла изолировать уранодышащую бактерию в лаборатории, осознав, что уран в образцах, взятых с объекта «Винтовка», может быть токсичным как для микроорганизмов, так и для человека.
Исследователи искали признаки бактериальной активности, когда постепенно добавляли небольшие количества растворенного урана в нужной концентрации обратно в образцы, где уран был иммобилизован. Как только они нашли оптимальные концентрации урана, они смогли выделить новый штамм.Керкхоф сказал, что «мы не уверены», как именно эволюционировал штамм.
Но, объяснил он, бактерии обладают способностью передавать гены друг другу. Так же, как бактерии приобретают устойчивость к таким вещам, как антибиотики и токсичность тяжелых металлов, эта бактерия «унаследовала генетический элемент, который теперь позволяет ей детоксифицировать уран, чтобы фактически расти на уране».
Его исследовательская группа завершила секвенирование его генома для поддержки будущих исследований генетических элементов, которые позволяют бактериям расти на уране.Керкхоф с оптимизмом смотрит на то, что эти бактерии могут смягчить конкретную проблему загрязнения подземных вод в Рифле. Ученые сначала ожидали, что грунтовые воды попадут в реку Колорадо и унесут с собой растворенный уран, где он будет разбавлен до более безопасного уровня. Но этого не произошло.
Другие возможные методы восстановления, такие как выкопка загрязненной почвы или обработка ее агрессивными химикатами, считаются слишком дорогими или опасными.«Биология — это способ решить эту проблему загрязнения, особенно в таких ситуациях, когда радионуклиды сильно разбавлены, но все еще присутствуют на уровнях, которые считаются опасными», — сказал Керкхоф.
Если подход окажется успешным, его можно будет рассмотреть для других объектов, где уран перерабатывался для ядерных арсеналов или топлива для электростанций. Хотя проблема не так широко распространена, он сказал, что потенциально есть много воды, о которой следует беспокоиться.
И проблема может выйти за пределы традиционных мест, таких как участки переработки руды.«Во многих бронебойных боеприпасах содержится обедненный уран, — сказал он, — поэтому такие места, как Ближний Восток, которые переживают войну, могут быть подвержены высокому уровню урана в грунтовых водах».