Микробите улавят уран

Бактериите играят важна роля при транспортирането на уран в околната среда

Урана руда © USGS
чете на глас

Уранът естествено присъства в нашата среда. В гъсто населени региони като Саксония, където урановата руда се добива от много години, е особено важно да се знае как уранът се разпространява в природата. Сега изследователите са открили, че бактериите могат да играят важна роля в транспорта на уран в околната среда. Учените от Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) докладват за своите открития в списанието Environmental Science & Technology.

Бактериите не са самотни, но 99 процента от всички бактерии са организирани в биофилми. Типичните биофилми са зъбни плаки или слузести покрития върху камъни във вода.

Биофилмите са вездесъщи и се появяват по-специално в интерфейсите между твърдо и течно. Биофилмът се състои от 50 до 95 процента вода. Остатъкът е съставен от микроорганизми и органични макромолекули. В биофилмите се намират много сложни и в същото време добре координирани общности от микроорганизми. Това може да доведе до образуването на ниши с различни геохимични параметри - например рН стойност, концентрация на разтворен кислород - в биофилма.

Биофилмите като естествен филтър

Спектроскопска демонстрация на едновременното присъствие на U (V) и U (VI) в биофилм. © Наука и технологии за околната среда

Биофилмите се преминават по водни канали, по които се доставят хранителни вещества към бактериите и техните екскременти се транспортират. По този начин токсичните тежки метали също влизат в биофилма и могат да се задържат там. Така биофилмите могат да образуват естествен филтър за процесите на пречистване на водата.

Уранът може да достигне до биофилмите чрез транспортната средна вода. Тук състоянието на окисляване на уран играе основна роля: шестовалентният уран е водоразтворим и следователно подвижен (в центъра на това съединение е ураниловият йон UO22 + - урановият атом е заобиколен от два кислородни атома), а тетравалентният уран е трудно разтворим във вода. Когато мобилният уран (VI) е канализиран в такъв биофилм, има голяма вероятност той да бъде химически преобразуван в тетравалентния уран по маршрута от повърхността до вътрешността на биофилма. При тази реакция уранът (VI) отделя два електрона, но засега точният процес на реакция е неясен. показ

Химическо поведение на изследвания уран

Сложните техники за анализ, налични в FZD, позволиха за първи път точното изследване на химичното поведение на уран в жизнена среда. По този начин може да се разкрие сложното взаимодействие между тежкия метал и бактериите, живеещи в биофилм. В бъдеще тези знания могат да помогнат за разработването на концепции за интелигентни мерки за оздравяване.

Екипът от учени начело с Туро Арнолд от Forschungszentrum Dresden-Rossendorf, в сътрудничество с професор Изолде R ske и Аксел Вубу от Техническия университет в Дрезден, за първи път разследва редокс-процеса на уран в биофилм. С помощта на лазерен флуоресцентен микроскоп беше възможно да се визуализира редукцията на уран (VI) до уран (V) и да се идентифицира спектроскопично.

Трансформация в два етапа

Първоначално изследователите са дали биофилм, моделиращ природата, добре дефиниран разтвор с уранилови (VI) йони. За да може да се визуализира уранът в микроскопа, се използва, че някои уранови съединения показват луминесценция при насочено лазерно възбуждане, тоест след сияние. Уникално е изображението, създадено от микроскоп, върху който едновременно могат да се видят шест- и пет-валентни урани. Тъй като уранът (V) е стабилен само за кратко време, това състояние на окисляване не преобладава дълго.

Арнолд казва: „Успяхме да докажем, че превръщането във водонеразтворим уран се извършва на два етапа. По време на реакцията, която се провежда в биофилма, шествалентният уран отделя само един електрон, от който се получава петкратният уран. Има два варианта за по-нататъшно превръщане във неразтворим във вода уран (IV). От една страна, уранът (V) в биофилма може да бъде допълнително редуциран до уран (IV) с отделянето на допълнителен електрон или при по-сложен процес да се превърне в уран (IV) и уран (VI). Тъй като тетравалентният уран, произведен в биофилма, е практически неразтворим във вода, той се запълва и се улавя в биофилма. "

По-добро разбиране на откритите процеси

Специално постижение на учените от Росендорф е, че те са успели да демонстрират точната валентност на урановите съединения с метода на лазерна флуоресцентна спектроскопия едновременно с микроскопичните доказателства за редукцията на уран в биофилм.

„Сега искаме да разберем по-добре процесите, които открихме, например, да включим тези знания в интелигентни процеси на обновяване“, казва Арнолд. За тази цел изпитвателните устройства в момента се усъвършенстват и подобряват. Сега частиците на урана и тяхната точна химическа форма могат да бъдат идентифицирани в биофилмите. Скоро изследователите искат да използват флуоресцентна спектроскопия, за да предоставят информация, разрешена във времето за разтворените уранови съединения в биофилмите. Комбинацията от двата метода ще бъде дори подходяща за изследване на взаимодействията на клетките с флуоресцентни тежки метали.

(idw - Изследователски център Дрезден - Росендорф, 18.10.2007 - DLO)