Forschende des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) haben kürzlich einen bedeutenden Fortschritt in der Umweltforschung erzielt. In Zusammenarbeit mit der Wismut GmbH und Wissenschaftlern von der Universität Granada wurde nachgewiesen, dass bestimmte Bakterien in der Lage sind, im Wasser gelöstes Uran in stabile chemische Verbindungen zu überführen. Diese Entdeckung könnte nicht nur für die Sanierung von Uranverseuchungen bedeutsam sein, sondern auch das Risiko für Mensch und Umwelt erheblich reduzieren. Die Ergebnisse dieser Studie wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Die Forschung konzentrierte sich auf die Fähigkeit von Bakterien, Glycerin als Nahrungsquelle zu nutzen, um Uran zu metabolisierten. Glycerin, ein Bestandteil von Fetten, kann in der Natur durch den Abbau von organischem Material, wie Holz, entstehen. Dr. Evelyn Krawczyk-Bärsch, eine der Hauptverantwortlichen der Studie, erklärt, dass einige Bakterienarten in der Lage sind, Uran, welches für Menschen giftig ist, für ihren Stoffwechsel zu nutzen.
Die zentrale Frage der Forschung war, inwieweit Bakterien das im Wasser gelöste Uran reduzieren können und in welche stabilen chemischen Verbindungen es durch deren metabolische Prozesse überführt wird. Um diese Fragen zu klären, verwendeten die Wissenschaftler Wasserproben aus einer gefluteten Uranmine der Wismut GmbH. Diese Proben wurden unter anaeroben Bedingungen, also ohne Sauerstoff, untersucht. Dies war wichtig, da in den tiefen Gruben der Uranmine normalerweise kein Sauerstoff vorhanden ist.
Die Experimente zeigten, dass die Bakterien unter optimalen Bedingungen das Glycerin als Energiequelle nutzen konnten. Nach 130 Tagen waren nur noch etwa fünf Prozent des ursprünglich im Wasser gelösten Urans nachweisbar. Die Forscher vermuteten, dass die Bakterien Uran in ihre Zellmembran integriert hatten, was in der wissenschaftlichen Literatur bereits dokumentiert ist. Tatsächlich konnte Uran in den Zellmembranen der Bakterien nachgewiesen werden.
Ein weiteres zentrales Ergebnis der Studie war die Entdeckung eines ungewöhnlichen chemischen Zustands des Urans. Traditionell ist Uran in der chemischen Form entweder als tetravalentes oder hexavalentes Ion bekannt. Die Studie ergab jedoch, dass ein erheblicher Anteil des Urans in einer pentavalenten Form vorlag, die allgemein als instabil und lediglich als Übergangszustand angesehen wird. Dr. Antonio M. Newman-Portela, der Erstautor der Studie, beschreibt dies als überraschend, da diese Form von Uran in der analysierten Biomasse in einem hohen Anteil vorkam.
Zusätzlich fanden die Forschenden heraus, dass das pentavalente Uran mit Eisen und Sauerstoff eine neue chemische Verbindung einging, die als FeU(V)O4 bekannt ist. Diese Verbindung wurde erstmals in einer Studie im Jahr 2020 identifiziert und ist bemerkenswert stabil, selbst in Gegenwart von Sauerstoff. Es ist bislang unbekannt, wie diese Verbindung in der Natur entsteht, aber die Rolle von Bakterien in diesem Prozess ist ein neuer und aufregender Aspekt der Forschung, der noch weiter untersucht werden muss.
Das HZDR-Team plant, die Mechanismen, durch die Bakterien Uran binden und stabilisieren, in zukünftigen Projekten weiter zu erforschen. Der Erfolg dieser Studie eröffnet neue Perspektiven für den Einsatz von Bakterien in der Umwelttechnik, insbesondere bei der Sanierung von kontaminierten Standorten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Forschungsergebnisse des HZDR einen wichtigen Schritt in Richtung nachhaltiger Umweltschutz darstellen. Sie zeigen, dass natürliche Prozesse, unterstützt durch mikrobiologische Aktivitäten, dazu beitragen können, schädliche Substanzen wie Uran zu neutralisieren und somit die Belastung für Mensch und Umwelt zu vermindern. Der Weg zu weiteren Anwendungen und Technologien, die auf diesen biologischen Mechanismen basieren, ist jedoch noch lang und erfordert vertiefte wissenschaftliche Untersuchungen.
