Một chủng loại vi khuẩn “hô hấp” bằng khí uranium có thể đem lại giải pháp làm sạch nguồn nước ngầm bị ô nhiễm tại những khu vực chế biến quặng uranium cho vũ khí hạt nhân.
Các nhà khoa học đã phát hiện được một loài vi khuẩn trong đất mỏ quặng của nhà máy uranium cũ ở Rifle, bang Colorado, cách thủ phủ Denver khoảng 320km về phía tây. Đây là một trong chín nhà máy tại Colorado được vận hành trong thời kỳ hoàng kim của ngành công nghiệp sản xuất vũ khí hạt nhân.
Nghiên cứu này nằm trong chương trình nghiên cứu của Bộ Năng lượng Mỹ nhằm xem xem liệu các vi sinh vật có khả năng khóa cứng uranium hay không. Uranium vốn đã thẩm thấu vào đất nhiều năm trước đây và làm nước giếng trong khu vực không thể uống được.
Phát hiện của nhóm nghiên cứu, công bố trên tạp chí PLOS ONE, là trường hợp đầu tiên được biết về một chủng vi khuẩn thuộc lớp thông thường gọi là betaproteobacteria có khả năng hô hấp bằng uranium. Chủng vi khuẩn này có thể hô hấp khí Oxy hoặc uranium để thúc đẩy các phản ứng hóa học cung cấp năng lượng sống.
“Sau khi loại vi khuẩn mới phát hiện này tiếp xúc với các hợp chất uranium trong nước, uranium trở nên bất động”, ông Lee Kerkhof, giáo sư ngành khoa học biển và bờ biển của Trường Khoa học Môi trường và Sinh thái thuộc Đại học Rutgers, cho hay.
“Khi đó uranium sẽ không còn bị hòa tan trong nước ngầm và do đó không thể gây ô nhiễm cho nguồn nước uống”.
Các vi sinh vật bí ẩn
Hô hấp bằng khí uranium là một hiện tượng khá hiếm trong giới vi sinh. Hầu hết các trường hợp vi khuẩn có thể hô hấp khí uranium sẽ không thể hô hấp khí oxy, mà thường hô hấp các hợp chất chứa kim loại—điển hình là các dạng thức sắt đặc rắn.
Trước đây các nhà khoa học đã chứng kiến sự suy giảm mật độ uranium trong nước ngầm khi vi khuẩn hô hấp bằng sắt hoạt động, nhưng họ chưa thể chứng minh các vi khuẩn đó trực tiếp hô hấp bằng uranium.
Các vi khuẩn tiến hành phản ứng oxy hóa-khử trên uranium, tuy đây là một phản ứng quen thuộc gọi là quá trình nhận electron (giảm số oxi hóa), nhưng GS Kerkhof nói rằng hiện vẫn chưa biết uranium bị khử (giảm số oxi hóa) do vi sinh vật này tạo ra rốt cuộc sẽ phản ứng như thế nào trong môi trường dưới đất.
“Dường như chúng tạo ra các hạt nano uranium”, ông nhận định, nhưng thành phần khoáng chất vẫn chưa rõ ràng và đây sẽ là chủ đề của các nghiên cứu tiếp theo”.
Phải chăng là sự hoán đổi gen?
Nhóm nghiên cứu của ĐH Rutgers đã có thể cô lập chủng vi khuẩn hô hấp bằng uranium trong phòng thí nghiệm khi nhận ra rằng uranium trong các mẫu đất từ khu vực mỏ quặng Rifle có thể độc hại cho vi sinh vật cũng như con người.
Các nhà nghiên cứu tìm kiếm các dấu hiệu hoạt động của vi khuẩn khi họ từ từ thêm một lượng nhỏ uranium hòa tan với nồng độ thích hợp lên các mẫu đất có uranium đã trở nên bất động. Một khi họ tìm thấy nồng độ uranium tối ưu, họ có thể cô lập dòng vi khuẩn mới.
Theo GS Kerkhof, vẫn chưa biết chính xác dòng vi khuẩn này tiến hóa như thế nào. Nhưng ông cũng nói rằng vi khuẩn có khả năng truyền mã gen cho nhau. Giống như vi khuẩn có khả năng chống lại những thứ như thuốc kháng sinh và độc tính kim loại nặng, loại vi khuẩn này cũng “thừa hưởng một nhân tố di truyền có tác dụng giải độc uranium, để vi khuẩn có thể thực sự sinh trưởng trên uranium”.
Nhóm nghiên cứu của ông đã phân tích xong trình tự gen để hỗ trợ các nghiên cứu tương lai trong lĩnh vực nhân tố di truyền, giúp các chủng vi khuẩn có thể sinh trưởng trên uranium.
Uranium nghèo trên thế giới
GS Kerkhof khá lạc quan về tiềm năng của loại vi khuẩn này giúp giảm thiểu vấn đề ô nhiễm nước ngầm, cụ thể là tại Rifle. Ban đầu, các nhà khoa học dự tính nguồn nước ngầm sẽ được xả vào sông Colorado, mang theo lượng uranium hòa tan, và sẽ được làm loãng đến mức độ an toàn hơn. Nhưng điều đó hiện vẫn chưa xảy ra. Các phương pháp xử lý tiềm năng khác, như đào chỗ đất bị ô nhiễm lên hay xử lý bằng hóa chất mạnh, được nhìn nhận là quá tốn kém và nguy hiểm.
“Các biện pháp sinh học là một giải pháp cho vấn đề ô nhiễm này, đặc biệt trong các tình huống khi phóng xạ nuclit đã bị pha loãng cao nhưng vẫn ở các mức độ nguy hiểm”, GS Kerkhof nhận định.
Nếu biện pháp trên thành công, có thể xem xét áp dụng cho các khu vực xử lý uranium phục vụ sản xuất vũ khí hạt nhân hay nhiên liệu nhà máy điện. Tuy vấn đề này chưa lan rộng, nhưng ông cho rằng có khả năng rất nhiều nguồn nước đã bị ô nhiễm. Và tình trạng ô nhiễm có thể lan rộng ra bên ngoài các khu vực quen thuộc như địa điểm chế biến quặng.
“Có thành phần uranium nghèo trong rất nhiều loại đạn xuyên giáp, do đó những nơi đang trải qua chiến sự như khu vực Trung Đông có thể đối mặt với nồng độ uranium cao trong nước ngầm”.
Tác giả: Carl Blesch, Đại học Rutgers.
Đọc bản gốc ở đây.
Tiểu Đồng biên dịch