Ученые нашли бактерию, которая "дышит" ураном

Команда учёных из Ратгерского университета обнаружила в почве старой урановой обогатительной фабрики в Рифле (штат Колорадо) штамм бактерий, которые "дышат" ураном. Это место является одним из девяти заводов в Колорадо, на которых во время расцвета производства ядерного оружия обрабатывалась урановая руда.

Исследование проводилось в рамках программы Министерства энергетики США. Программа направлена на поиски микроорганизмов, которые могут помочь очистить почву, загрязнённую ураном много лет назад. В настоящий момент проточную воду в этих районах пить небезопасно.

Бактерия, открытая группой американских учёных, стала первым известным микроорганизмом класса бетапротеобактерий (betaproteobacteria), которая способна "дышать" ураном. Удивительно, но она может использовать либо кислород, либо уран, чтобы обеспечивать себя живительной энергией.

"После того как недавно обнаруженные бактерии взаимодействуют с соединениями урана в воде, уран становится "неподвижным", – объясняет Ли Керкоф (Lee Kerkhof), профессор морских и прибрежных наук из Школы охраны окружающей среды и биологических наук. – Он уже не растворяется в грунтовых водах и, следовательно, уже не может загрязнять питьевую воду, поднимаемую на поверхность".

Керкоф возглавил команду, которая занималась поиском связывающих уран бактерий. Такие микроорганизмы — редкость, ведь большая часть бактерий, которые способны "дышать" ураном, просто не могут "дышать" кислородом (но при этом часто используют соединения на основе металлов, обычно железа).

Ранее учёные уже замечали снижение концентрации урана в грунтовых водах при активности усваивающих железо бактерий, однако у них не было непосредственных доказательств того, что эти бактерии были способны "дышать" ураном.

Если рассматривать процесс как химическую реакцию, то бактерии приводят к восстановлению урана (то есть принимают его электроны). При этом Керкоф сказал, что минералогические подробности процесса, приводящего к сдерживанию урана, до сих пор учёным не понятны до конца.

Команде Керкофа удалось изолировать "дышащие" ураном бактерии в лаборатории. Исследователи искали признаки бактериальной активности, постепенно добавляя в небольших количествах растворённый уран к образцам с уже "обездвиженным" элементом. После того, как оптимальные концентрации урана были достигнуты и микроорганизмы начали поглощать опасный элемент, учёные изолировали новый штамм.

Команда Керкофа не знает, как эволюционируют штаммы обнаруженных бактерий. Он говорит, что микроорганизмы имеют возможность обмениваться генами, а также вырабатывать устойчивость к антибиотикам и токсичным тяжёлым металлам.

То есть микроорганизмам удалось создать внутри себя генетический инструмент, который позволяет им проводить детоксикацию урана.

В данный момент исследовательская группа провела секвенирование генома удивительного штамма бактерий и планирует проводить дальнейшее изучение генетических элементов, которые позволяют бактериям процветать на уране.

Учёные видят в открытии большой потенциал для решения проблемы загрязнения подземных вод. Исследователи поначалу ожидали, что грунтовые воды принесут растворённый уран в реку Колорадо, где он будет разбавлен до безопасного уровня, однако этого не произошло. Другие методы, такие как выкапывание загрязнённой почвы или её обработка химикатами, кажутся учёным слишком дорогими или опасными.

"Биологический способ может решить проблему загрязнений, особенно в ситуациях, подобных этой, когда радионуклиды сильно разбавлены, но по-прежнему концентрируются в опасном количестве, – говорит Керкоф. – Если испытания пройдут успешно, мы будем применять технологию и на других локациях, где уран некогда обрабатывался для производства ядерного оружия или топлива, например, на Ближнем Востоке".

Научная статья об открытии была опубликована в издании PLoS ONE.