鉱山水中のグリセロール刺激細菌による五価および四価ウランの生成

地下のウランが日常生活に関係する理由

世界中で、かつてのウラン鉱山は今でもこの放射性金属の痕跡を地下水に漏らしています。低濃度でもウランは飲料水供給や生態系を脅かす可能性があり、その浄化は費用も時間もかかります。本研究は興味深い代替策を探ります。すなわち、鉱山水に自然に存在する微生物に工業副産物であるグリセロールを与え、ウランを移動できない小さく安定した粒子に閉じ込めてもらうという方法です。

廃棄物を浄化の助けに変える

研究者たちは、ドイツのかつてのウラン鉱山の水を用いました。その水は規制値を超えるウランを含んでいます。化学処理だけに頼る代わりに、密閉した試験ボトルに鉱山水を入れ、バイオディーゼル生産の安価で豊富な副産物であるグリセロールを添加しました。グリセロールは特定の微生物の餌となり、それを分解する過程で水の化学平衡を変えて酸素が豊富な状態から強く低酸素の状態へと導きます。130日間にわたり、この条件変化により微生物群集は水中に溶けたウランを最大96％まで除去しました。

暗闇でウランを変形させる微生物たち

こうした低酸素条件下で、いくつかの細菌群が繁栄しました。発酵微生物はグリセロールを使って小さな有機分子や水素ガスを生産し、それが硫酸還元菌や金属還元菌を給餌しました。後者のグループはエネルギー代謝の一部としてウランのような金属を利用することが知られています。その過程で、移動性の高い溶解ウランは固体粒子に変わり、細胞表面に付着して底へ沈んでいきました。同時に鉄、硫酸塩、ヒ素など他の溶解成分も減少し、微生物活動による鉱山水化学の広範な再形成が明らかになりました。

微小な結晶と意外な中間状態

どのようなウランの形態が生成したかを詳しく調べるため、チームはシンクロトロンの強力なX線手法と高分解能電子顕微鏡を用いました。その結果、ウランの大部分は溶解しにくい形に還元され、ウラニナイトとして知られる鉱物のナノメートルサイズの結晶を形成していることが分かりました。これらの結晶は数ナノメートルの大きさで、細菌細胞の外表面に集まる傾向がありました。さらに驚くべきことに、ウランのかなりの割合が通常の「高」および「低」の酸化状態の中間にある化学状態で存在していました。この中間状態は、水中の炭酸塩に結合した溶存錯体としてだけでなく、鉄と強く結びついた混合鉱物（FeUO₄）としての固体粒子としても検出されました。

酸素の戻りに直面したときの安定性

実際の浄化戦略は、金属を再可溶化する恐れのある酸素の再導入など変化する条件に耐えなければなりません。そこで研究者たちは、ウラン含有粒子の一部を4週間空気にさらしました。予想どおり、ウラニナイト結晶の一部はより移動性の高いウランへ酸化し戻しました。しかし、鉄－ウランの混合粒子や中間のウラン状態は驚くほど安定で、酸化処理した試料ではこの中間状態が優勢な形態にすらなっていました。これは、微生物が作る鉄－ウラン鉱物が緩衝材として作用し、最も還元されたウランの一部が再酸化されても、完全に水中へ戻る代わりに多くがより移動しにくい中間形態に留まる可能性を示唆します。

古い鉱山の浄化にとっての意味

非専門家に向けた要点は、鉱山水中の微生物に安価な廃棄物を与えるというシンプルな行為が、ウランを小さく安定した固体に閉じ込める一連の自然プロセスを引き起こせるということです。重要なのは、ウランが単に移動性から不動性に切り替わるのではなく、広く持続する中間領域に落ち着くことで拡散を抑える点です。微生物群集、鉄鉱物、ウランが現実的な鉱山水条件下で数か月にわたりどのように相互作用するかを明らかにすることで、本研究は汚染サイト管理のより持続可能な戦略を指し示し、高コストな能動的水処理が必要な期間を短縮する助けとなる可能性があります。

引用: 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

キーワード: ウランのバイオリメディエーション, 鉱山水, 微生物による金属還元, グリセロール刺激, 環境放射性核種の浄化