Formación de uranio pentavalente y tetravalente mediante bacterias estimuladas con glicerol en agua de mina

Por qué el uranio subterráneo importa en la vida cotidiana

En todo el mundo, antiguas minas de uranio siguen filtrando trazas de este metal radiactivo hacia las aguas subterráneas. Incluso a niveles bajos, el uranio puede amenazar los suministros de agua potable y los ecosistemas, y su limpieza es costosa y a largo plazo. Este estudio explora una alternativa intrigante: permitir que microbios presentes de forma natural en el agua de mina, ayudados con un subproducto industrial llamado glicerol, fijen el uranio en pequeñas partículas estables para que ya no pueda desplazarse libremente por el medio ambiente.

Convertir un residuo en un aliado de la limpieza

Los investigadores trabajaron con agua de una antigua mina de uranio en Alemania que todavía contiene más uranio del permitido por la normativa. En lugar de basarse únicamente en tratamientos químicos, dispusieron botellas de ensayo selladas llenas con agua de mina y añadieron glicerol, un subproducto barato y abundante de la producción de biodiésel. El glicerol sirve de alimento para ciertos microbios. A medida que estos microbios lo degradan, cambian el equilibrio químico del agua, desplazándola de condiciones ricas en oxígeno a condiciones fuertemente pobres en oxígeno. Durante 130 días, este cambio en las condiciones permitió a la comunidad microbiana eliminar hasta el 96 % del uranio disuelto en el agua.

Microbios que transforman el uranio en la oscuridad

Bajo estas condiciones pobres en oxígeno, prosperaron varios grupos de bacterias. Microbios fermentadores usaron glicerol para producir pequeñas moléculas orgánicas y gas hidrógeno, que a su vez alimentaron a bacterias reductoras de sulfato y de metales. Estos últimos grupos son conocidos por utilizar metales como el uranio en su metabolismo energético. Al hacerlo, el uranio disuelto en su forma altamente móvil se transformó en partículas sólidas que se adhirieron a las superficies celulares y sedimentaron hacia el fondo. Al mismo tiempo, otras sustancias disueltas como el hierro, el sulfato y el arsénico también disminuyeron, lo que revela una remodelación amplia de la química del agua de mina impulsada por la actividad microbiana.

Cristales diminutos y un sorprendente estado intermedio

Para averiguar exactamente qué formas de uranio se habían generado, el equipo recurrió a potentes técnicas de rayos X en una instalación de sincrotrón y a microscopía electrónica de alta resolución. Descubrieron que la mayor parte del uranio se había reducido a una forma menos soluble que se ensambló en cristales de tamaño nanométrico de un mineral conocido como uraninita. Estos cristales medían apenas unos pocos nanómetros y tendían a agruparse en las superficies externas de las células bacterianas. Sorprendentemente, una fracción sustancial del uranio existía en un estado químico intermedio, entre las formas usuales “alta” y “baja”. Este estado intermedio aparecía tanto como complejos disueltos ligados a carbonato en el agua como en partículas sólidas donde el uranio estaba fuertemente vinculado con hierro en un mineral mixto conocido como FeUO₄.

Estabilidad ante el regreso del oxígeno

Cualquier estrategia de limpieza real debe resistir condiciones cambiantes, incluido el retorno del oxígeno que puede re‑movilizar los metales. Por ello, los investigadores expusieron algunas de las partículas portadoras de uranio al aire durante cuatro semanas. Como era de esperar, una parte de los cristales de uraninita se oxidó de nuevo hacia formas más móviles del uranio. Sin embargo, las partículas mixtas hierro‑uranio y el estado intermedio del uranio permanecieron sorprendentemente estables, y en las muestras oxidadas este estado intermedio incluso se convirtió en la forma dominante. Esto sugiere que los minerales hierro‑uranio formados por la actividad microbiana pueden actuar como amortiguadores: incluso si parte del uranio más reducido se vuelve a oxidar, gran parte permanece bloqueada en una forma intermedia menos móvil en lugar de volver completamente al agua.

Qué significa esto para la limpieza de minas antiguas

Para los no especialistas, el mensaje clave es que el simple acto de alimentar a los microbios del agua de mina con un residuo económico puede desencadenar una cascada de procesos naturales que retienen el uranio en pequeños sólidos estables. De forma crucial, el estudio muestra que el uranio no se limita a cambiar de un estado móvil a otro inmóvil, sino que puede asentarse en un terreno intermedio sorprendentemente persistente que sigue impidiendo su dispersión. Al revelar cómo las comunidades microbianas, los minerales de hierro y el uranio interactúan durante meses en condiciones realistas de agua de mina, este trabajo apunta a estrategias más sostenibles para gestionar sitios contaminados y puede ayudar a acortar el periodo durante el cual es necesario un costoso tratamiento activo del agua.

Cita: Newman-Portela, A.M., Kvashnina, K.O., Bazarkina, E.F. et al. Pentavalent and tetravalent uranium formation via glycerol-stimulated bacteria in mine water. Nat Commun 17, 4030 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72560-z

Palabras clave: biorremediación de uranio, agua de mina, reducción microbiana de metales, estimulación con glicerol, limpieza de radionúclidos ambientales