Batteri mangia-uranio

batteri - Foto di Bensik ImeriIn natura esistono dei batteri in grado di rendere inerti le scorie radioattive. Si tratta di microrganismi solfo-riduttori che mediante la riduzione dell’uranio (VI) in uranio (IV) producono l’uraninite, un minerale relativamente insolubile che potrebbe rappresentare un potenziale meccanismo di sequestro dell’uranio presente nelle acque sotterranee.

L’impiego di questi batteri solfo-riduttori nella bonifica di aree contaminate da materiale radioattivo potrebbe essere una soluzione valida ed economicamente vantaggiosa per risanare le falde acquifere che circondano le miniere di uranio dismesse ma che giacciono lì ancora contaminate.

La biodegradazione delle sostanze inquinanti mediante l’utilizzo di batteri è una tecnica ormai convalidata.
Nel corso di milioni di anni, i microrganismi hanno acquisito la capacità di degradare uno spettro sempre più ampio di sostanze organiche naturali.
Si tratta, tuttavia, di un processo molto lento che non riesce a stare al passo coi tempi rapidissimi dello sviluppo industriale e con l’abnorme quantità di rilascio delle sostanze di rifiuto e delle sostanze organiche di sintesi. 
Questo problema è stato in parte risolto con la nascita delle biotecnologie, che hanno “ben pensato” di velocizzare i processi naturali e di potenziare, mediante manipolazioni genetiche, alcuni ceppi batterici già presenti in natura con più ampie o nuove capacità degradative, in modo da poterli adottare per la rimozione di composti chimici tossici da terreni e acque inquinati.

Bioremediation (o biorisanamento)

In questi ultimi anni si è evidenziato, con particolare drammaticità, il problema della salvaguardia dell’ambiente che, connesso a quello dello sviluppo economico, costituisce uno dei temi più rilevanti che il mondo industrializzato abbia affrontato e dovrà continuare ad affrontare.

L’interesse nei confronti dell’ambiente e verso lo sviluppo di nuove e adeguate tecnologie che permettano di sostenere l’attività produttiva con un basso tasso di inquinamento e di risanare i danni ambientali arrecati in passato, sta crescendo in maniera esponenziale.
Tra le ultime tecnologie avanzate, la bioremediation, viene applicata a svariati contesti ambientali e a differenti tipologie di contaminanti, dagli idrocarburi ai solventi alogenati, dai composti aromatici ai pesticidi.

La bioremediation consiste nello stimolare la crescita batterica autoctona (normalmente presente in un sito inquinato), oppure, in alcuni casi, nell’introdurre colonie di microrganismi ad hoc, in grado di degradare attraverso il loro metabolismo le sostanze inquinanti nelle molecole base presenti in natura.

La bonifica mediante trattamenti biologici sta trovando largo impiego negli ultimi anni grazie all’efficacia dimostrata, ai costi più contenuti rispetto ai metodi convenzionali, alla semplicità di gestione, alla riduzione dei rischi tossicologici per gli operatori addetti alla bonifica.

La scelta del trattamento da adottare viene valutata in base alle diverse caratteristiche idro-geologiche dell’area contaminata, alle proprietà chimico-fisiche dei contaminanti e ai principali fattori ambientali che possono influenzare l’efficacia della bonifica.

Nei casi in cui le condizioni del sito sono tali da non consentire lo sviluppo delle popolazioni microbiche applicate per la bonifica, le tecniche di biorisanamento si avvalgono di “batteri preconfezionati”, prodotti in laboratori e specializzati in modo da reagire con efficacia sotto specifiche condizioni ambientali.

Riduzione dell’Uranio

L’uranio è un metallo pesante con simbolo U e numero atomico 92,  che si trova in piccole quantità nelle rocce, nel suolo, nell’aria e nell’acqua. Nella sua forma naturale è formato per più del 99% dall’isotopo 238U, meno dell’1% dall’isotopo fissile 235U e da tracce di 234U.
Tutti gli isotopi dell’uranio sono radioattivi.

Le sostanze radioattive sono caratterizzate dal fatto che i loro nuclei, essendo instabili a causa di un eccesso di protoni e/o di neutroni, decadono in uno o più nuclei, chiamati radioisotopi, generalmente più stabili.
Il processo libera energia sotto forma di radiazioni che interagiscono con la materia con cui vengono a contatto.
È facile comprendere come la radioattività sia estremamente pericolosa per l’uomo, in quanto può causare danni irreversibili al DNA che possono manifestarsi subito o a distanza di anni. La storia, del resto, è tristemente piena di casi di cancro dovuti a esposizione ad agenti radioattivi.

Dopo la scoperta della fissione nucleare l’uranio ha acquisito un’importanza strategica, in modo particolare nell’utilizzo per la produzione di energia nei reattori nucleari e per le armi nucleari.

Nel suolo e nell’acqua, l’U è presente principalmente sotto forma di sali solubili dello ione uranile (UO2).
La riduzione dalla forma ossidata U (VI) a quella U (IV) è associata a una diminuzione della solubilità del metallo determinandone la precipitazione e l’immobilizzazione.

La bioremediation dei metalli e dei radionuclidi, tra cui l’uranio, differisce da quella dei contaminanti organici in quanto non porta a una vera e propria degradazione della sostanza ma si limita a ridurne la mobilità e il trasporto verso bersagli sensibili.

Risale al lontano 1962, la prima scoperta di una specie batterica, il Micrococuss lactilyticus, in grado di ridurre l’uranio. La notizia però non fu interpretata correttamente dagli scienziati che per circa 30 anni si limitarono a considerare il processo riduttivo dell’uranio come un fenomeno dovuto a processi abiotici e a condizioni anaerobiche.

Nel 1992, un esperimento condotto da un gruppo di ricercatori guidati da Lovley si dimostrò cruciale e rivoluzionario in quanto rivelò il ruolo che alcuni microrganismi svolgono nella riduzione dell’uranio. A questo, seguirono poi una serie di scoperte che partendo da basi genetiche e biochimiche evidenziarono l’importanza ecologica del fenomeno.

In circa 15 anni di studi i ricercatori hanno dimostrato che la riduzione dell’uranio è operata da alcune specie batteriche dotate di particolari complessi enzimatici, le “Reduttasi dell’uranio”, che intervengono nei meccanismi di trasporto degli elettroni coinvolti nel processo riduttivo.
La ricerca ha inoltre chiarito i rapporti di competizione tra l’uranio e altri accettori di elettroni normalmente presenti nel terreno, basti pensare ad esempio a nitrati e solfati, individuando i fattori ambientali che determinano le reazioni che si sviluppano parallelamente a quella desiderata.

Di recente, un gruppo di ricercatori guidati da Judy Wall, professoressa di biochimica alla University of Missouri College of Agriculture, Food and Natural Resources, ha scoperto un batterio “mangia uranio”.

Il batterio di Wall è in grado di “attaccare” l’uranio e, in assenza di ossigeno, di ridurlo in uraninite, un minerale insolubile che in acqua precipita.
Si tratta di un microrganismo anaerobico e biocorrosivo, il Desulfovibrio vulgaris, appartenente alla classe dei solfo-riduttori, batteri capaci di compiere una respirazione anaerobica in cui utilizzano solfato come accettore finale di elettroni.


Il Desulfovibrio vulgaris colonizza differenti habitat, dal suolo, all’intestino e le feci di animali, dalle acque salate a quelle dolci, ma sembra prediligere i pozzi petroliferi dove esercita una corrosione massiva.

Il metabolismo del batterio “mangia uranio” appare molto complicato e non ancora del tutto chiaro.

Il team di Wall sta ora verificando l’effettiva capacità di mantenere l’acqua pulita da parte di questo batterio e tentando di stimare il tempo in cui il materiale modificato resti innocuo.
La ricerca, inoltre, si pone l’obbiettivo di comprendere le basi genetiche e il metabolismo del batterio e di identificare a breve tutti quei fattori critici che ne condizionano la crescita allo scopo di poter “creare” un giorno in laboratorio una specie capace di adattarsi e sopravvivere alle condizioni critiche di una miniera di uranio.

“Capire cosa caratterizza la crescita di questo microrganismo è di fondamentale importanza per poter sviluppare una specie tollerante all’ossigeno e in grado di sopravvivere alla dura realtà di una miniera di uranio” spiega Wall.