Цианобактерия способна очищать водоемы от радиоактивных элементов

Сотрудники Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН обнаружили, что один из видов бактерий способен извлекать из водного раствора радиоактивные элементы — ¹³⁷Cs, ²³³U, ²³⁹Pu, ²⁴¹Am, ⁹⁰Sr и ²³⁷Np — и накапливать их в клетках.

Бактерия Arthrospira platensis известна под названием спирулина. Она принадлежит к цианобактериям, которых называют еще сине-зелеными водорослями. В природе эти нитевидные бактерии плавают в воде тропических водоемов Америки, Африки и Азии, предпочитая воды с высоким pH и высокой концентрацией солей (до 50 г/л). Порой спирулина размножается в большом количестве. В ряде регионов мира спирулина с древних времен использовалась в пищу. Высушенная сине-зеленая водоросль содержит 51–71 % белка. Она продается в виде пищевой добавки и как самостоятельный продукт, применяется также в кормах для домашней птицы и в рыбоводческих хозяйствах.

Приспособленность Arthrospira platensis к высокому солесодержанию и щелочной среде создает возможность для ее высокой устойчивости к тяжелым и радиоактивным металлам и высокой интенсивности метаболических процессов роста клеток в экстремальных условиях. Микроорганизмы способны накапливать тяжелые металлы и радионуклиды за счет процессов биоаккумуляции и биосорбции. При биосорбции происходит физико-химическое взаимодействие металлов с функциональными группами клеточной стенки. При биоаккумуляции металлы накапливаются клеткой и в ряде случаев могут участвовать в ее метаболизме. Исследователи установили, что у Arthrospira platensis преобладает биоаккумуляция радионуклидов, особенно эффективна она в отношении америция-241 и плутония-239. Хотя добавление стронция-90 значительно замедлило рост биомассы, биоаккумуляция и этого элемента достигала 90 %. Исследователи выявили роль полифосфатов в интенсификации метаболических процессов у спирулины, что значительно увеличивает биоаккумуляцию радиоактивных элементов. Отложение полифосфатных гранул в клетке способствует их связыванию в малорастворимых и малотоксичных формах.

Полученные данные показывают перспективность использования спирулины при очистке загрязненных водоемов, в том числе в экстремально щелочных условиях. Подобные объекты с высоким солесодержанием и щелочностью являются значительной проблемой на многих предприятиях добычи и переработки урановой руды. Группа биогеотехнологии и радиоэкологии лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН занимается изучением подобных объектов и ищет недорогие высокоэффективные «eco-friendly» подходы для их очистки и снижения их экологического риска.

Итоги исследования опубликованы в журнале Algal Research.