I batteri trasformano l'uranio in un composto chimico stabile
Riduzione dei potenziali rischi per l'uomo e l'ambiente
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L’uranio, un metallo pesante radioattivo, si trova solitamente nel suolo sotto forma di minerale, ma può essere convertito in forme solubili a causa di fattori ambientali o di attività estrattive. Se viene rilasciato nell’ambiente, rappresenta un problema a causa delle sue proprietà tossiche. Ora, i ricercatori dell’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), in collaborazione con la Wismut GmbH e scienziati spagnoli dell’Università di Granada, hanno dimostrato per la prima volta che i batteri sono in grado di convertire l’uranio disciolto in acqua in un composto chimico stabile quando hanno a disposizione il glicerolo come fonte di nutrimento. In questo processo, l’uranio assume uno stato chimico che in precedenza era noto solo come stato transitorio. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista *Nature Communications* e sono rilevanti per la futura ricerca sull’uso dei batteri per il risanamento ambientale.
I batteri presenti nell’ambiente, nel suolo o nell’acqua, svolgono un ruolo importante negli ecosistemi. Alcuni di essi sono specializzati nella degradazione di sostanze nocive. «Esistono batteri in grado di utilizzare metabolicamente il metallo pesante uranio, che è tossico per l’uomo», afferma la dott.ssa Evelyn Krawczyk-Bärsch, ricercatrice del gruppo di ricerca di Microbiologia Terrestre dell’HZDR e coautrice dello studio. «Le ricerche del nostro gruppo avevano già rivelato che i batteri possono utilizzare l’uranio disciolto nell’acqua per il proprio metabolismo quando hanno accesso al glicerolo come fonte di nutrimento». Il glicerolo è un componente fondamentale dei grassi vegetali e animali. In natura, ad esempio, si forma quando il legno viene decomposto dai funghi. Ma in che misura i batteri possono ridurre la quantità di uranio disciolto nell’acqua? E in quali forme chimiche viene convertito l’uranio libero dai processi metabolici batterici? Queste sono le domande a cui i ricercatori hanno cercato di rispondere nel nuovo studio.
L’uranio nelle pareti cellulari
Per i loro esperimenti hanno utilizzato l’acqua di una miniera di uranio allagata nei Monti Metalliferi, di proprietà della Wismut GmbH. Negli esperimenti di laboratorio condotti in un ambiente privo di ossigeno, il team di ricerca ha aggiunto una quantità specifica di glicerolo ai campioni d’acqua. «Volevamo ricreare le condizioni naturali della comunità batterica già presente nell’acqua della miniera, poiché a una profondità di circa 2.000 metri l’ossigeno nella miniera è solitamente scarso o assente», spiega il dott. Antonio M. Newman-Portela, ex dottorando sia presso l’HZDR che presso il Dipartimento di Microbiologia dell’Università di Granada (Spagna), nonché autore principale dello studio. In condizioni favorevoli alla crescita batterica, i batteri hanno assimilato il glicerolo come fonte di nutrimento. «Dopo 130 giorni, nei campioni era rimasto solo circa il cinque per cento dell’uranio disciolto nell’acqua», afferma Newman-Portela. «Sospettavamo che i batteri avessero incorporato l’uranio nelle loro pareti cellulari. Conoscevamo già i processi di accumulo grazie alla letteratura scientifica». E, in effetti, i ricercatori sono riusciti a dimostrare la presenza di uranio nelle pareti cellulari dei batteri.
Stato chimico insolito
Ma quali composti chimici erano coinvolti esattamente? Per stabilirlo, il team ha utilizzato metodi microscopici e spettroscopici avanzati. Gli studi hanno compreso esperimenti presso la Rossendorf Beamline (ROBL), gestita dall’HZDR presso l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) di Grenoble, in Francia, nonché studi complementari presso l’Università di Granada.
Inizialmente, gli scienziati hanno esaminato la membrana batterica per stabilire in quali stati chimici fosse presente l’uranio. Nella terminologia chimica, il termine «valenza» viene utilizzato per descrivere quante «mani» ha un atomo per legarsi ad altri atomi all’interno di un composto chimico. «L’uranio si presenta solitamente con una valenza pari a 4 o 6. L’uranio pentavalente esiste, ma è raro o solo transitorio. Fino ad ora, era stato osservato in uno stato di ossidazione instabile», spiega Newman-Portela. «Pertanto, i risultati del nostro studio sono stati estremamente sorprendenti perché, nella biomassa analizzata durante le nostre serie sperimentali, una percentuale insolitamente elevata dell’uranio identificato era proprio uranio pentavalente».
Stabile – anche sotto l’influenza dell’ossigeno
Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che l’uranio pentavalente formava il composto FeU(V)O₄ con ferro e ossigeno. «Questo composto di uranio non ha ancora un nome, poiché è relativamente nuovo. È stato dimostrato per la prima volta in uno studio del 2020 in cui sono stati analizzati campioni di suolo provenienti da alcune zone della Croazia contaminate da munizioni all’uranio», spiega Krawczyk-Bärsch. «È emerso che, anche sotto l’influenza dell’ossigeno atmosferico, questo composto di uranio era rimasto stabile per oltre 25 anni. Ma fino ad ora non sapevamo come questo composto si formi in natura né che i batteri avessero un ruolo nella sua formazione». In ulteriori esperimenti, il team di ricerca dell’HZDR ha osservato che la quantità di FeU(V)O₄ aumentava effettivamente quando la biomassa essiccata veniva esposta all’ossigeno.
«Il nostro studio ha rivelato per la prima volta che i batteri alimentati con glicerolo come fonte di carbonio possono convertire l’uranio tossico disciolto in acqua in un composto chimico stabile», afferma Krawczyk-Bärsch. «Dobbiamo ancora indagare in che misura i batteri possano contribuire a rendere l’uranio innocuo ai fini della bonifica». Nei prossimi studi, il team dell’HZDR punta ad acquisire ulteriori conoscenze sui batteri che legano l’uranio, nonché a comprendere meglio i processi biochimici e geochimici sottostanti.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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