Yer altında derinlerde, bakteriler toksik uranyumu yayılmadan önce tuzağa düşürüyor olabilir. Araştırmacılar, uranyumla kirlenmiş maden suyundaki mikropları gliserolle beslediklerinde, 130 gün içinde çözünmüş uranyumun yaklaşık yüzde 95’inin ortadan kaybolduğunu gözlemledi. Çalışmaya göre bakteriler, bu uranyumu daha önce nadiren gözlemlenmiş, alışılmadık derecede kararlı bir uranyum bileşiğine dönüştürmeye katkıda bulunuyor.
Radyoaktif bir ağır metal olan uranyum, tipik olarak toprakta bulunan minerallerin içinde kilitli halde bulunur. Ancak madencilik ve diğer çevresel süreçler, uranyumu suda çözünen formlara dönüştürebilir. Bu şekilde aktif hale geldiğinde, çevrede yayılabilir ve toksisitesi nedeniyle sorunlara yol açabilir.
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Wismut GmbH ve Granada Üniversitesinden araştırmacılar, gliserolün besin kaynağı olarak mevcut olduğu durumlarda bakterilerin suda çözünmüş uranyumu kararlı bir kimyasal bileşiğe dönüştürebildiğini ilk kez gösterdi. Bu süreç boyunca uranyum, daha önce yalnızca geçici olduğu düşünülen bir kimyasal duruma giriyor.
Nature Communications dergisinde yayınlanan bulgular, bakterilerin uranyumla kirlenmiş ortamların temizlenmesine yardımcı olmak amacıyla kullanılmasına yönelik gelecekteki araştırmalara katkı sağlayabilir.
Bakteriler uranyumla nasıl etkileşime giriyor?
Toprak ve suda bulunan bakteriler, doğal ekosistemlerin vazgeçilmez parçaları ve bazı türler, insanlar, diğer organizmalar için zararlı olabilecek maddeleri işleyebilme yeteneğine sahip.
HZDR’nin Karasal Mikrobiyoloji araştırma grubundan Dr. Evelyn Krawczyk-Bärsch bu noktada, “İnsanlar için toksik olan ağır metal uranyumu metabolik olarak kullanabilen bakteriler var. Grubumuzun daha önceki araştırmaları, bakterilerin besin kaynağı olarak gliserole erişimleri olduğunda suda çözünmüş uranyumu metabolizmalarında kullanabildiklerini ortaya koymuştu.” diyor.
Gliserol, bitkisel ve hayvansal yağların temel bir bileşeni. Ayrıca örneğin mantarların odunu parçalaması sırasında doğal olarak da oluşabilir.
Araştırmacılar, bakterilerin suda çözünmüş uranyum miktarını ne kadar etkili biçimde azaltabildiğini belirlemek ve mikropların uranyumu işlerken oluşturduğu kimyasal formları tespit etmek istedi.
Uranyum, bakteri hücre duvarlarında birikiyor
Ekip, Wismut GmbH’ye ait, Ore Dağları’nda bulunan su basmış bir uranyum madeninden maden suyu topladı. Laboratuvarda, su örneklerine kontrollü miktarda gliserol eklediler ve örnekleri oksijensiz bir ortamda tuttular.
Makalenin başyazarı Dr. Antonio M. Newman-Portela, “Yaklaşık 2 bin metre derinlikte genellikle çok az oksijen bulunduğu veya hiç bulunmadığı için, madende zaten var olan bakteri topluluğu için doğal koşullar oluşturmak istedik” şeklinde açıklıyor.
Bakteri büyümesi için uygun koşullar sağlandığında, mikroorganizmalar gliserolü besin kaynağı olarak kullanmaya başladı. Zaman içinde, suda çözünmüş kalan uranyum miktarı belirgin biçimde azaldı.
Newman-Portela, “130 gün sonra, sudaki çözünmüş uranyumun yalnızca yaklaşık yüzde beşi örneklerde kalmıştı. Bakterilerin uranyumu hücre duvarlarına dahil ettiğinden şüphelendik. Literatürden birikim süreçlerini zaten biliyorduk.” ifadesini kullandı.
Araştırmacılar daha sonra uranyumun gerçekten de bakterilerin hücre duvarları içinde biriktiğini doğruladı.
Nadir görülen bir uranyum formu ortaya çıkıyor
Sıradaki soru, tam olarak ne tür bir uranyum bileşiğinin oluştuğuydu. Araştırmacılar ileri düzey mikroskopi ve spektroskopi yöntemlerine başvurdu.
Araştırmaları, HZDR tarafından Fransa’nın Grenoble kentindeki Avrupa Sinkrotron Radyasyon Tesisi’nde (ESRF) işletilen Rossendorf Işın Hattı’nda (ROBL) yapılan deneylerin yanı sıra, Granada Üniversitesinde gerçekleştirilen tamamlayıcı çalışmaları da kapsadı.
Ekip, uranyumun hangi kimyasal durumlarda bulunduğunu belirlemek amacıyla bakteri zarını inceledi. Kimyagerler, bir atomun bir bileşik içinde diğer atomlarla bağlantı kurmak için etkin biçimde sahip olduğu “el” sayısını tanımlamak için “değerlik” (valans) terimini kullanıyor.
Newman-Portela, beş değerlikli uranyum tespit ettiklerini açıkladı:
“Uranyum genellikle 4 veya 6 değerlikte bulunur. Beş değerlikli (pentavalent) uranyum da mevcut ancak nadir veya yalnızca geçicidir. Şimdiye kadar yalnızca kararsız bir oksidasyon durumunda gözlemlenmişti. Dolayısıyla çalışmamızın bulguları son derece şaşırtıcıydı; çünkü deneylerimizden elde edilen biyokütle örneklerinde tespit edilen uranyumun alışılmadık derecede yüksek bir oranı da beş değerlikli uranyumdu.”
Keşif “şaşırtıcı” olarak lanse edildi; çünkü uranyumun beş değerlikli durumu genel olarak kararsız ve kısa ömürlü kabul ediliyordu.
Kararlılığını koruyan bir uranyum bileşiği
Araştırmacılar ayrıca beş değerlikli uranyumun demir ve oksijenle birleşerek FeU(V)O4 bileşiğini oluşturduğunu belirledi.
Krawczyk-Bärsch, “Bu uranyum bileşiğinin henüz bir adı yok, çünkü nispeten yeni. İlk kez 2020 yılında yapılan bir çalışmada, Hırvatistan’ın uranyumlu mühimmatla kirlenmiş bölgelerinden alınan toprak örnekleri incelenirken tespit edilmişti.” diye açıklıyor. Devamında ise sözlerini şöyle sürdürüyor: “Atmosferik oksijenin etkisi altında bile bu uranyum bileşiğinin 25 yıldan uzun süre kararlı kaldığı tespit edilmişti. Ancak şimdiye kadar bu bileşiğin doğada nasıl oluştuğunu veya bakterilerin oluşumunda rol oynayıp oynamadığını bilmiyorduk.”
Sonraki deneyler bir başka şaşırtıcı sonuç daha ortaya koydu. Araştırmacılar kurutulmuş bakteri biyokütlesini oksijene maruz bıraktıklarında, FeU(V)O4 miktarı azalmak yerine arttı. Bu bulgu, söz konusu bileşiğin oksijen varlığında bile kararlı kalabildiğini göstermekte olup, bakteriyel aktivitenin aktif uranyumu suda hareket etme olasılığı çok daha düşük bir forma dönüştürmeye yardımcı olabileceğine dair kanıtları güçlendiriyor.
Uranyum temizliği için kullanılabilir mi?
Krawczyk-Bärsch, “Çalışmamız, karbon kaynağı olarak gliserol sağlanan bakterilerin, suda çözünmüş toksik uranyumu kararlı bir kimyasal bileşiğe dönüştürebildiğini ilk kez ortaya koydu. Çalışmalarımız devam edecek.” dedi.
Araştırmacılar şimdi uranyumla etkileşime giren bakterileri daha ayrıntılı incelemeyi ve bu dönüşümü mümkün kılan biyokimyasal ve jeokimyasal süreçleri araştırmayı planlıyor. Bu mekanizmaların daha iyi anlaşılması, bakterilerin uranyumla kirlenmiş ortamların iyileştirilmesi çalışmalarında etkili biçimde kullanılıp kullanılamayacağının belirlenmesine nihayetinde yardımcı olabilir.
Kaynak: Nature Communications, HZDR