Ученые из группы биогеотехнологии и радиоэкологии лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН показали, что один из представителей класса сине-зеленых водорослей, гипералкалофил Arthrospira platensis, способна извлекать из водного раствора радиоактивные элементы — 137Cs, 233U, 239Pu, 241Am, 90Sr и 237Np и накапливать их в клетках.

Способность различных микроорганизмов накапливать уран, цезий и стронций изучена хорошо, и данная работа призвана закрыть пробел в исследованиях по биологическому извлечению из окружающей среды других радиоактивных элементов. Стоит отметить, что данный процесс происходил в среде, имитирующей условия естественного обитания данного штамма Arthrospira platensis в солено-содовых озерах с солесодержанием до 50 г/л, значения рН 9-10. Приспособленность организма к высокому солесодержанию и щелочности создает возможность ее высокой устойчивости к тяжелым и радиоактивным металлам и высокой интенсивности метаболических процессов роста клеток в экстремальных условиях.

Известно, что 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.

Установлено, что процессы биоаккумуляции радионуклидов живой биомассой Arthrospira platensis доминируют над процессами хемосорбции. Исследования показали высокую степень биоаккумуляции америция-241 и плутония-239. Несмотря на то, что добавление стронция-90 значительно замедлило рост биомассы, его биоаккумуляция достигала 90%.

Важным аспектом работы является выявление роли полифосфатов, способствующих интенсификации метаболических процессов (фосфор один из наиболее важных биогенных элементов) и значительно увеличивающих биоаккумуляцию актинидов и стронция. Отложение полифосфатных гранул в клетке способствует их связыванию в малорастворимых и малотоксичных формах. Характер связывания радионуклидов в биомассе при культивировании с полифосфатами показывает важную роль их биоминерализации внутри клетки, так как при промывке водой удаленной из среды биомассы степень выхода радионуклидов была намного ниже, чем в экспериментах без добавки полифосфата.

Полученные в работе данные показывают перспективность методов биоремедиации при очистке загрязненных водоемов с использованием фитопланктона, 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 занимается изучением подобных объектов и ищет недорогие высокоэффективные «eco-friendly» подходы для их очистки и снижения их экологического риска.

По материалам: Inga Zinicovscaiaa, Alexey Safonov, Daria Zelenina, Yana Ershova, Kirill Boldyrev. Evaluation of biosorption and bioaccumulation capacity of cyanobacteria Arthrospira (spirulina) platensis for radionuclides, Algal Research 51 (2020) 102075

DOI: 10.1016/j.algal.2020.102075.