Как бактерии превращают растворимый уран в нерастворимый

У некоторых бактерий есть очень полезное умение: они способны обращать растворимый уран в нерастворимый и тем очищать воду от токсичного радиоактивного элемента. Однако, как выяснили исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США), сами бактерии непосредственно с ураном не работают.

Джон Баргар и его коллеги наблюдали за почвенными бактериями в их естественной среде — там, где почва была загрязнена солями урана. Оказалось, что в процессе превращения урана в нерастворимый осадок задействована цепочка окислительно-восстановительных реакций, начинающаяся с ацетата. Бактерии отбирают электроны от молекулы ацетата, служащей им пищей, и передают их на субстраты, которые могут найти поблизости. Среди таких субстратов часто оказываются сульфаты, остатки серной кислоты, и после переноса на них электрона получаются отрицательно заряженные ионы серы, или сульфид-ионы. То есть происходит окисление ацетата с помощью сульфатов.

Бактерия Desulfovibrio desulfuricans. Одна из тех, что способны обезвреживать токсичные металлы, в том числе уран. (Фото Pacific Northwest National Laboratory.)

Затем, как пишут исследователи в журнале PNAS, сера сталкивается с ионами железа, и в итоге получаются молекулы сульфида железа. Эти молекулы складываются в наночастицы: растворимость сульфида железа крайне невелика, но такие частицы, соединившись с растворимым шестивалентным ураном, превращают его в нерастворимый четырёхвалентный, то есть атом урана получает дополнительные электроны, меняющие его свойства.

Чтобы увидеть все эти физико-химические эволюции, учёные прибегли к рентгеновской микроскопии, которая и явила им сульфидные частицы, обращающие уран. То есть бактерии действительно сами с ураном не работают, а лишь запускают цепочку реакций, которая и приводит к описанному результату. Однако этим их роль не исчерпывается: они также выделяют в среду органические полимерные молекулы, которые собирают на себя нерастворимые урансодержащие частицы и формируют окончательный осадок, который уже не может путешествовать с потоками воды.

Такие бактерии, очевидно, могли бы сильно помочь в очистке водоёмов и почв от загрязнения продуктами атомной промышленности. И потому тем важнее выглядят полученные результаты, показывающие, как очистная эффективность бактерий зависит от химического состава окружающей среды.

Подготовлено по материалам Национальной ускорительной лаборатории SLAC.