우라늄 오염의 통제는 환경 과학 분야에서 항상 어려운 문제였습니다. 왜냐하면 이 중금속은 환경 변화에 따라 화학적 형태가 쉽게 바뀔 수 있기 때문입니다. 우라늄이 광석에서 방출되어 가용성 상태로 전환되면 지하수를 통해 쉽게 확산되어 예측할 수 없는 생태학적 피해를 일으킬 수 있습니다. 그러나 최근 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 발표된 연구는 예상치 못한 변화를 가져왔습니다. 자연에 살고 있는 특정 박테리아는 우라늄 확산을 억제하기 위한 "천연 봉인"이 될 수 있습니다.
독일의 Helmholtz Zentrum Dresden-Rosendorf(HZDR), Wismut GmbH 및 스페인의 Granada 대학이 공동으로 수행한 연구에서는 광산 깊은 곳에 있는 미생물에 관심을 돌렸습니다. 연구자들은 광산의 극한 환경에 오랫동안 적응해 온 천연 박테리아 군집이 포함된 광석 산맥의 침수된 우라늄 광산에서 물 샘플을 채취했습니다. 연구진은 실험실에서 지하 약 2,000m의 무산소 자연 환경을 시뮬레이션하고 박테리아의 에너지원으로 물 샘플에 글리세롤을 첨가했습니다. 글리세린은 나무를 분해하는 곰팡이에서도 흔히 발견되는 일반적인 유기 물질입니다.
130일간의 지속적인 모니터링 후에 놀라운 결과가 나타났습니다. 즉, 물에 용해된 우라늄의 약 95%가 성공적으로 제거되었습니다. 연구팀은 첨단 현미경과 분광분석 기술을 통해 그 뒤에 숨은 화학적 메커니즘을 더욱 밝혀냈습니다. 분석 결과, 박테리아가 글리세롤을 섭취한 후 세포벽에 우라늄을 대사적으로 고정시키는 것으로 나타났습니다. 더 중요한 것은 우라늄이 이러한 효과로 희귀한 5가 우라늄(U(V)) 형태를 형성하고 철 및 산소와 추가로 결합하여 FeU(V)O4라는 화합물을 형성한다는 것입니다.
5가 우라늄은 일반적으로 자연환경에서 매우 불안정하고 수명이 짧은 것으로 알려져 있는데, 이번에 발견된 새로운 화합물은 매우 강한 안정성을 보여준다. 연구자들은 이 화합물이 이전에 25년 넘게 우라늄 폭탄으로 오염된 토양에서 발견되었으며 공기에 노출되어도 분해되지 않았다고 언급했습니다. 새로운 연구는 박테리아가 이 특정 화합물의 형성에 중심적인 역할을 하며 건조 박테리아 바이오매스가 산소에 노출되면 그 생산량이 증가한다는 사실을 처음으로 입증했습니다.
이 발견은 이 화합물의 자연적 형성 메커니즘에 대한 과학계의 이해 격차를 메울 뿐만 아니라 생물학적 정화 분야에서 유망한 연구 방향을 제공합니다. 이 기술은 아직 실험실 연구 단계에 있으며 자연환경에서의 신뢰성과 환경변화에 대한 장기적인 대응 성능에 대해 추가적인 검증이 필요하지만 우라늄 오염을 통제하기 위한 새로운 아이디어를 제공합니다. 앞으로 연구팀은 이들 '우라늄 결합 박테리아'의 생화학적 반응을 자세히 조사해 미생물의 힘을 통해 위험한 중금속 오염물질을 안전한 범위 내에 완전히 '가두는' 것을 기대하고 있다.