O urânio, um metal pesado radioativo, geralmente permanece preso dentro dos minerais do solo. No entanto, a mineração e outros processos ambientais podem converter o urânio em formas que se dissolvem na água. Uma vez que se torna móvel desta forma, pode espalhar-se pelo ambiente e causar problemas devido à sua toxicidade.
Pesquisadores do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), trabalhando com cientistas da Wismut GmbH e da Universidade de Granada, demonstraram agora pela primeira vez que as bactérias podem converter o urânio dissolvido em água em um composto químico estável quando o glicerol está disponível como fonte de alimento. Durante este processo, o urânio entra num estado químico que antes se pensava ser apenas temporário.
Conclusão, publicada em comunicação da naturezaIsto poderia contribuir para pesquisas futuras sobre o uso de bactérias para ajudar a limpar ambientes contaminados com urânio.
Como as bactérias interagem com o urânio?
As bactérias encontradas no solo e na água são partes essenciais dos ecossistemas naturais, e algumas espécies são capazes de processar substâncias que podem ser prejudiciais aos seres humanos e a outros organismos.
“Existem bactérias que podem usar metabolicamente o metal pesado, o urânio, que é tóxico para os humanos”, diz a Dra. Evelyn Krawczyk-Barsch, cientista do Grupo de Pesquisa em Microbiologia Terrestre do HZDR e coautora do estudo. “As investigações do nosso grupo já haviam mostrado que as bactérias podem usar urânio dissolvido em água para o seu metabolismo quando têm acesso ao glicerol como fonte de alimento”.
O glicerol é um componente básico das gorduras vegetais e animais. Também pode formar-se naturalmente, por exemplo, quando fungos quebram a madeira.
Os pesquisadores queriam determinar a eficácia com que as bactérias poderiam reduzir a quantidade de urânio dissolvido na água e identificar as formas químicas criadas quando os micróbios processam o urânio.
O urânio se acumula nas paredes celulares bacterianas
Para investigar, a equipe coletou água de uma mina de urânio inundada nas Montanhas Ore, pertencente à Wismut GmbH. No laboratório, adicionaram quantidades controladas de glicerol às amostras de água e colocaram-nas num ambiente livre de oxigénio.
“Queríamos criar condições naturais para a comunidade bacteriana já presente na água da mina porque a uma profundidade de cerca de 2.000 metros normalmente há pouco ou nenhum oxigênio na mina”, explica o Dr. Antonio M. Neumann-Portela, ex-candidato ao doutorado no HZDR e no Departamento de Microbiologia da Universidade de Granada (Espanha) e principal autor do estudo.
Com condições adequadas para o crescimento bacteriano, os microrganismos começaram a utilizar o glicerol como fonte de alimento. Com o tempo, a quantidade de urânio dissolvido na água diminuiu drasticamente.
“Depois de 130 dias, apenas cerca de 5% do urânio dissolvido em água permaneceu nas amostras”, diz Newman-Portella. “Suspeitamos que as bactérias tivessem incorporado urânio em suas paredes celulares. Já sabíamos dos processos de acumulação pela literatura”.
Os pesquisadores puderam então confirmar que o urânio realmente se acumulou dentro das paredes celulares da bactéria.
Uma forma rara de urânio aparece
A próxima questão era que tipo de composto de urânio foi realmente formado. Para descobrir, os pesquisadores recorreram à microscopia e espectroscopia avançadas.
Sua investigação incluiu experimentos na Rosendorff Beamline (ROBL) operada pela HZDR no European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) em Grenoble, França, bem como estudos complementares conduzidos na Universidade de Granada.
Os cientistas examinaram as membranas bacterianas para determinar os estados químicos em que existia o urânio. Os químicos usam o termo “valência” para descrever quantas “mãos” um átomo efetivamente tem disponíveis para se unir a outros átomos em um composto químico.
“O urânio geralmente ocorre com valência 4 ou 6. O urânio pentavalente existe, mas é raro ou apenas transitório. Até agora, era observado em estado de oxidação instável”, explica Newman-Portella. “Portanto, as descobertas do nosso estudo foram extremamente surpreendentes porque na biomassa analisada nos nossos testes experimentais, uma proporção invulgarmente elevada do urânio identificado também era urânio pentavalente.”
Esta descoberta foi inesperada porque este estado pentavalente do urânio era geralmente considerado instável e de curta duração.
um composto de urânio que permanece estável
Os pesquisadores também determinaram que o urânio pentavalente se combina com ferro e oxigênio para formar FeU(V)O4.
“Este composto de urânio ainda não tem nome porque é comparativamente novo. Foi demonstrado pela primeira vez em 2020 num estudo que analisou amostras de solo de partes da Croácia contaminadas por munições de urânio”, explica Kravzic-Barsh. “Descobriu-se que mesmo sob a influência do oxigênio atmosférico, esse composto de urânio permaneceu estável por mais de 25 anos. Mas até agora não sabíamos como esse composto se forma na natureza ou qual o papel que as bactérias desempenham em sua formação”.
Experimentos adicionais revelaram outro resultado surpreendente. Quando os pesquisadores expuseram a biomassa bacteriana seca ao oxigênio, a quantidade de FeU(V)O4 aumentou em vez de diminuir.
Essa descoberta mostra que o composto pode permanecer estável mesmo na presença de oxigénio, fornecendo provas de que a actividade bacteriana pode ajudar a converter o urânio móvel numa forma com menor probabilidade de se mover através da água.
possibilidade de purificação de urânio
“Nosso estudo mostra pela primeira vez que bactérias abastecidas com glicerol como fonte de carbono podem converter urânio tóxico dissolvido em água em um composto químico estável”, diz Krawczyk-Barsch. “Ainda temos que investigar até que ponto a bactéria pode ajudar a tornar o urânio inofensivo para fins terapêuticos.”
Os pesquisadores agora planejam estudar mais detalhadamente as bactérias que se ligam ao urânio e investigar os processos bioquímicos e geoquímicos que tornam possível a transformação. Uma melhor compreensão desses mecanismos poderia, em última análise, ajudar a determinar se as bactérias podem ser utilizadas de forma eficaz nos esforços para remediar ambientes contaminados com urânio.
