Mikrobi zajemajo uran

Bakterije igrajo pomembno vlogo pri prevozu urana v okolju

Uranova ruda © USGS
prebral

Uran je naravno prisoten v našem okolju. V gosto poseljenih regijah, kot je Saška, kjer so vrsto let rudirali uranovo rudo, je še posebej pomembno vedeti, kako se uran širi v naravi. Raziskovalci so zdaj odkrili, da lahko bakterije igrajo pomembno vlogo pri transportu urana v okolju. Znanstveniki Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) poročajo o svojih ugotovitvah v reviji Environmental Science & Technology.

Bakterije niso samotarji, vendar je 99 odstotkov vseh bakterij organiziranih v biofiljih. Značilni biofilmi so zobni oblogi ali sluzasti premazi na kamnih v vodi.

Biofilmi so vseprisotni in se pojavljajo zlasti na vmesnikih med trdnim in tekočim. Biofilm sestavlja od 50 do 95 odstotkov vode. Preostanek sestavljajo mikroorganizmi in organske makromolekule. V biofilmih najdemo zelo zapletene in hkrati dobro usklajene skupnosti mikroorganizmov. To lahko povzroči nastanek niš z različnimi geokemičnimi parametri - na primer pH vrednost, koncentracija raztopljenega kisika - znotraj biofilma.

Biofilmi kot naravni filter

Spektroskopski prikaz hkratne prisotnosti U (V) in U (VI) v biofilmu. © Okoljska znanost in tehnologija

Biofilmi potekajo po vodnih kanalih, na katerih se hranila dovajajo bakterijam, njihovi izločki pa se odpeljejo stran. Na ta način strupene težke kovine vstopajo tudi v biofilm in se tam lahko zadržijo. Tako lahko biofilmi tvorijo naravni filter za procese čiščenja vode.

Uran lahko doseže biofilme prek transportne srednje vode. Tu ima glavno vlogo oksidacijsko stanje urana: šesterovalentni uran je topen v vodi in je tako mobilen (v središču te spojine je uranilni ion UO22 + - uranov atom je obkrožen z dvema atomoma kisika), tetravalentni uran pa je težko topen v vodi. Ko se mobilni uran (VI) usmeri v takšen biofilm, je zelo verjetno, da se kemično pretvori v tetravalentni uran po poti od površine do notranjosti biofilma. Pri tej reakciji uran (VI) oddaja dva elektrona, toda doslej natančen reakcijski postopek ni bil jasen. zaslon

Kemijsko obnašanje proučevanega urana

Prefinjene tehnike analize, ki so na voljo na FZD, so prvič omogočile natančno preučevanje kemičnega obnašanja urana v bivalnih okoljih. Tako bi lahko razkrili kompleksno interakcijo med težko kovino in bakterijami, ki živijo v biofilmu. V prihodnosti bi to znanje lahko pomagalo razviti koncepte za inteligentne sanacijske ukrepe.

Skupina znanstvenikov, ki jo je vodil Thuro Arnold na Forschungszentrum Dresden-Rossendorf v sodelovanju s profesorjem Isolde R ske in Axelom Wobusom s Tehniške univerze v Dresdnu, je zdaj prvič raziskala redoks proces urana v biofilmu. Z laserskim fluorescentnim mikroskopom je bilo mogoče vizualizirati redukcijo urana (VI) v uran (V) in ga spektroskopsko identificirati.

Transformacija v dveh fazah

Sprva so raziskovalci dali biofilmu po naravi dobro opredeljeno raztopino z uranilnimi (VI) ioni. Za prikaz vizualizacije urana v mikroskopu izkoriščamo, da nekatere uranove spojine po usmerjenem laserskem vzbujanju pokažejo luminiscenco, to je po sledi. Edinstvena je slika, ki jo ustvari mikroskop, na katerem je mogoče videti hkrati šest- in pet valentni uran. Ker je uran (V) le kratek čas stabilen, to stanje oksidacije dolgo ne prevlada.

Arnold pravi: "Uspeli smo dokazati, da pretvorba urana v vodi netopnega poteka v dveh stopnjah. Šestvalentni uran med reakcijo, ki poteka v biofilmu, oddaja samo en elektron, iz katerega nastaja petkratni uran. Obstajata dve možnosti za nadaljnjo pretvorbo urana, netopnega v vodi (IV). Po eni strani se lahko uran (V) v biofilmu še dodatno zmanjša na uran (IV) s sproščanjem dodatnega elektrona ali v bolj zapletenem postopku pretvori v uran (IV) in uran (VI). Ker je tetravalentni uran, proizveden v biofilmu, praktično netopen v vodi, se napolni in se ujame v biofilm. "

Bolje razumevanje odkritih procesov

Poseben dosežek Rossendorfovih znanstvenikov je, da so lahko z metodo laserske fluorescentne spektroskopije hkrati z mikroskopskimi dokazi o redukciji urana v biofildu dokazali natančno valenco uranovih spojin.

"Zdaj želimo bolje razumeti procese, ki smo jih odkrili, na primer vključiti to znanje v procese inteligentne prenove, " pravi Arnold. V ta namen se naprave za pregledovanje trenutno še izboljšujejo in izboljšujejo. Zdaj lahko delce urana in njihovo natančno kemijsko obliko prepoznamo v biofilmih. Kmalu želijo raziskovalci uporabiti fluorescentno spektroskopijo za zagotavljanje časovno ločenih informacij o raztopljenih uranovih spojinah v biofilmih. Kombinacija obeh metod bo potem celo primerna za raziskovanje interakcij celic s fluorescentnimi težkimi kovinami.

(idw - Raziskovalno središče Dresden - Rossendorf, 18. 10. 2007 - DLO)