Un equipo de investigadores ha descubierto que ciertas bacterias presentes de forma natural en aguas de minas contaminadas son capaces de transformar el uranio disuelto, altamente tóxico y móvil, en un compuesto sólido y estable que apenas se había observado antes en la naturaleza. El hallazgo, publicado por científicos del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) en colaboración con la empresa minera Wismut GmbH y la Universidad de Granada, abre una vía poco explorada hasta ahora: emplear microorganismos ya presentes en el subsuelo para inmovilizar uno de los contaminantes más persistentes de la industria minera. El proceso se basa en alimentar a estas bacterias con glicerol, un compuesto sencillo y abundante, que actúa como fuente de carbono y desencadena una serie de reacciones químicas que terminan encerrando el uranio dentro de las propias paredes celulares de los microorganismos, en una forma mineral que resiste incluso la exposición al oxígeno atmosférico durante décadas.

Cómo se comportan las bacterias frente al uranio

El uranio es un metal pesado y radiactivo que en condiciones naturales suele permanecer encerrado dentro de estructuras minerales del suelo, donde apenas representa un riesgo. El problema surge cuando la actividad minera o determinados procesos geoquímicos lo transforman en formas solubles en agua; en ese momento el elemento se vuelve móvil, puede infiltrarse en acuíferos y extender su toxicidad mucho más allá del punto de origen. Desde hace tiempo se sabe que algunas comunidades bacterianas presentes en suelos y aguas subterráneas son capaces de metabolizar sustancias nocivas para los seres vivos, y el uranio no es una excepción cuando estos microorganismos disponen de una fuente de energía adecuada.

Para comprobar hasta qué punto estas bacterias podían reducir la concentración de uranio disuelto, el equipo recogió agua procedente de una mina de uranio inundada en los montes Metálicos (Ore Mountains), gestionada por Wismut GmbH, a una profundidad cercana a los 2.000 metros, donde el oxígeno es prácticamente inexistente. En el laboratorio reprodujeron esas condiciones anóxicas y añadieron una cantidad controlada de glicerol para estimular la actividad microbiana. Conforme las bacterias fueron utilizando ese glicerol como alimento, la cantidad de uranio disuelto en el agua descendió de manera muy pronunciada: tras 130 días de experimento, solo quedaba en disolución alrededor de un 5% del uranio inicial, mientras que el 95% restante había sido retirado del agua y quedó retenido en la biomasa bacteriana.

Un estado del uranio considerado inestable hasta ahora

Determinar qué le había pasado exactamente a ese uranio «desaparecido» requirió recurrir a técnicas de microscopía y espectroscopía de alta resolución, entre ellas los experimentos realizados en la línea de haz Rossendorf Beamline (ROBL), que el HZDR opera en las instalaciones del sincrotrón europeo ESRF, en Grenoble (Francia), complementados con análisis adicionales llevados a cabo en la Universidad de Granada. Estos estudios permitieron confirmar que el uranio se había incorporado a la pared celular de las bacterias y, sobre todo, revelaron un dato inesperado: una proporción inusualmente alta de ese uranio se encontraba en estado pentavalente, es decir, con una valencia de +5, un estado de oxidación que hasta ahora se consideraba raro y meramente transitorio en la química ambiental del uranio, que suele presentarse con valencia +4 o +6.

Ese uranio pentavalente, además, no permanecía aislado, sino que se combinaba con hierro y oxígeno para formar un compuesto identificado como FeU(V)O4, un mineral que todavía no dispone de nombre común porque su descripción científica es muy reciente. Este compuesto ya había sido detectado en 2020 en muestras de suelo contaminado con munición de uranio empobrecido en Croacia, donde se comprobó que había permanecido estable durante más de 25 años pese a estar expuesto al oxígeno atmosférico, aunque hasta el trabajo del HZDR no se sabía cómo se formaba de manera natural ni que las bacterias pudieran intervenir en ese proceso. Los investigadores fueron incluso más allá y expusieron biomasa bacteriana seca al oxígeno, observando que la cantidad de FeU(V)O4 aumentaba en lugar de descomponerse, un indicio adicional de que se trata de una forma mineral especialmente resistente frente a la oxidación.

El compuesto FeU(V)O4, protagonista de la investigación

El verdadero hallazgo de este trabajo no es tanto la capacidad bacteriana de reducir uranio, ya documentada en estudios previos, sino la identificación precisa del producto final del proceso. El FeU(V)O4 combina en su estructura hierro, oxígeno y uranio pentavalente, y su relevancia radica en que se comporta de forma muy distinta a otras fases minerales del uranio conocidas hasta ahora, mucho más solubles y por tanto más propensas a volver a movilizarse en el agua. Al tratarse de una forma mineral estable frente al oxígeno, el compuesto ofrece una especie de «sello» geoquímico que impide que el uranio vuelva a disolverse y a propagarse por el entorno, lo que resulta especialmente interesante de cara a estrategias de biorremediación en antiguas minas o zonas industriales contaminadas. Según ha señalado la coautora del estudio, Evelyn Krawczyk-Bärsch, del grupo de Microbiología Terrestre del HZDR, esta es la primera vez que se demuestra que bacterias alimentadas con glicerol como fuente de carbono pueden transformar uranio tóxico disuelto en agua en un compuesto químico estable, aunque la propia investigadora matiza que todavía queda por determinar en qué medida este mecanismo podría aprovecharse a gran escala para hacer inofensivo el uranio en tareas reales de descontaminación, tal y como recoge el comunicado publicado en hzdr.de.

La contaminación por uranio no es un problema anecdótico ni localizado: en países como Estados Unidos, India, Canadá, Francia, Sudáfrica o Australia se han registrado en repetidas ocasiones concentraciones de uranio en aguas superficiales y subterráneas por encima del límite de referencia de 0,03 miligramos por litro, según recoge un análisis publicado por ScienceAlert. Frente a los sistemas de tratamiento fisicoquímico convencionales, que suelen ser costosos y generan a su vez residuos peligrosos que hay que gestionar, la biorremediación basada en microorganismos lleva más de tres décadas explorándose como alternativa potencialmente más barata y sostenible, aunque hasta ahora faltaba entender con detalle los mecanismos químicos concretos que la hacen posible. El estudio completo, con todos los detalles espectroscópicos y microscópicos del proceso, ha sido publicado en la revista Nature Communications.

Próximos pasos de la investigación

El equipo del HZDR ya ha anunciado que continuará estudiando con más detalle las bacterias capaces de fijar uranio, centrándose en los procesos bioquímicos y geoquímicos concretos que permiten esta transformación. Comprender mejor esos mecanismos será clave para determinar si es viable emplear estos microorganismos de forma controlada en proyectos reales de recuperación de suelos y aguas contaminadas, algo que podría resultar especialmente útil en las decenas de antiguas minas de uranio que siguen planteando riesgos ambientales en distintas regiones del planeta, muchas de ellas heridas abiertas desde la época de la minería intensiva del siglo pasado.

Reflexiones adicionales

Más allá del interés puramente científico, este tipo de hallazgos recuerda que algunas de las soluciones más prometedoras frente a problemas de contaminación heredados de la industria pesada pueden estar ya presentes en el propio entorno, esperando a ser comprendidas. Que un elemento tan temido como el uranio pueda quedar atrapado de forma natural gracias a la actividad de microorganismos que llevan generaciones viviendo en esas aguas contaminadas resulta, cuando menos, revelador sobre la capacidad de adaptación de la vida microbiana incluso en los entornos más hostiles. Queda por ver si estos procesos, observados de momento en condiciones de laboratorio, podrán trasladarse algún día a proyectos de descontaminación a gran escala sin generar nuevos efectos secundarios no deseados, pero el camino que abre esta investigación merece seguirse de cerca.