Las algas ofrecen esperanzas para la limpieza nuclear

La capacidad de un organismo para distinguir estroncio de calcio podría ayudar a tratar los residuos nucleares

Algas comunes de agua dulce podrían contener la clave para la limpieza después de los desastres, tal como el accidente nuclear de Fukushima de Japón, dijeron ayer científicos en una reunión de la Sociedad Química de Estados Unidos en Anaheim, California

El alga, llamada Closterium moniliferum, es miembro de la orden desmidiaceae, conocida por los microbiólogos en distintas formas, dijo Minna Krejci, una científica de materiales en la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois. Pero la forma de media luna de la C. moniliferum atrajo a Krejci debido a su inusual capacidad para eleminar estroncio del agua, depositándolo en cristales que se forman en estructuras subcelulares conocidas como vacuolas - una habilidad que podría incluir al isótopo radiactivo estroncio 90.

El estroncio es muy similar en propiedades y tamaño atómico al calcio, los procesos biológicos no pueden separar los dos elementos muy fácilmente. Eso hace particularmente del estroncio 90 un peligroso isótopo: puede infiltrarse en la leche, los huesos, la médula ósea, sangre y otros tejidos, donde la radiación que emite puede causar cáncer con el tiempo.

"Eso es lo que hace que el estroncio 90 sea uno de los riesgos dominantes para la salud del combustible gastado en los primeros 100 años más o menos después de que sale del reactor", dice Krejci. El isótopo radiactivo tiene una vida media de unos 30 años.

Por desgracia, los residuos del reactor y los derrames accidentales pueden contener hasta 10 mil millones de veces más calcio que estroncio, por lo que es muy difícil de limpiar el estroncio sin también tener que disponer de una montaña de calcio inofensivo. "Necesitamos un método altamente eficiente y selectivo de separación", dice Krejci.

Dentro del C. moniliferum. El organismo no tiene ningún interés particular por el estroncio: en su mayoría se compone de bario. Sin embargo, el estroncio está a medio camino entre el calcio y el bario en tamaño y propiedades, entonces lo que está a su alrededor se cristaliza también. Mientras tanto, a pesar de que el calcio es mucho más abundante que cualquiera de los otros dos elementos, es bastante diferente al bario que se queda atrás.

El resultado es un cristal que se compone principalmente de bario, pero está enormemente enriquecido en estroncio.

[Leyenda: Closterium moniliferum es un désmido relativamente común en las aguas dulces que presentan cierta cantidad de materia orgánica. En el interior de su cuerpo verde se distinguen grumos redondos y alineados que corresponden a los pirenoides y en sus extermos, dos esferas cargadas de cristalitos blancos que le ayudan a mantener su equilibrio flotante y de sonrisa. (De Galería de PROYECTO AGUA)]

¿Cómo lo hacen?

Gran parte de la investigación Krejci hasta ahora se ha centrado en tratar de averiguar cómo las algas generan los cristales, con miras a hacer el proceso aún más selectivo de estroncio. Por el momento, sabe que el organismo no tiene el propósito de traer exceso de bario y estroncio a través de las paredes de sus celúlas. Más bien, dice, los cristales que forman las vacuolas en el que se recogen son ya ricas en sulfatos. Bario y estroncio tienen una solubilidad relativamente baja en soluciones de sulfato, por lo que cualquier bario y estroncio, hacen fácilmente su camino en estas vacuolas, precipitando para formar cristales.

Los microbiólogos no saben si los cristales tienen alguna función para el organismo. Tal vez son simplemente los residuos, formandos por accidente en las vacuolas que sirven como depósitos de almacenamiento para el sulfato, dijo Krejci.

Sea cual sea el propósito del servicio cristales, la investigación de Krejci ha encontrado que es posible mejorar la absorción de estroncio, adaptando la cantidad de bario en el entorno de las algas. Esto, dice, significa que podría ser posible "sembrar" con semillas los residuos nucleares, o a un derrame de material radiactivo, con bario para alentar a las algas a fijar el estroncio - fácil de hacer, dice, porque "sólo sería un pequeña cantidad de bario".

También podría ser posible mejorar el proceso modificando los niveles de sulfato en el medio ambiente, cambiando así la cantidad de sulfato en las vacuolas. "Una vez que hemos aprendido sobre cómo las células responden a las condiciones, podemos pensar en formas más elegantes para manipularlas", dice Krejci.

Una vez aislado por las bacterias, el estroncio podría ser secuestrado en depósitos de residuos nucleares de alto nivel, mientras que el resto de los residuos puede ir a un espacio de depósito de nivel inferior menos costoso, ahorrando dinero. En la actualidad, dice Krejci, hay cientos de millones de litros de residuos nucleares almacenados en los Estados Unidos, muchos de los cuales contienen estroncio. "Así que sabemos que es un gran problema", dice.

Exposición a la radiación

Krejci y sus colegas todavía no han probado lo bien que las algas sobreviven en la presencia de radiactividad. Pero incluso si los organismos no responden bien, dice ella, es probable que vivirían lo suficiente para iniciar la eliminación de estroncio, debido a que el proceso se inicia rápidamente. "Las células precipitan cristales dentro de los 30 minutos a una hora", dice. Y si se necesitan más, "son fáciles de cultivar".

Gija Geme, una químico de la Universidad Central de Missouri en Warrensburg, organizó el simposio en el que Krejci ha presentado su trabajo. Geme, quien creció en una zona de Rusia, cerca de Chernobyl y por ello tiene un interés personal en la limpieza nuclear, fue una de las pocas personas en la reunión que sabía de antemano la importancia de la presentación Krejci: el título de la charla, centrada en la biomineralización, no mencionaba a Japón, la radiactividad o los accidentes nucleares.

"Es un tema candente en estos momentos", dice Geme. "Pero cuando organicé este simposio, no había tragedia [en Japón]. Yo estaba buscando algún estudio sobre el secuestro de los metales que fuera de importancia para la sociedad".

Geme insta al equipo Krejci a que no pase demasiado tiempo tratando de descubrir exactamente por qué las algas hacen lo que hacen antes de empezar a probar el proceso con los residuos nucleares.

"A veces, empezar es muy, muy importante," dice ella. "Me gustaría ver estudios de campo utilizando residuos reales tan pronto como sea posible."

Artículo en Nature: Algae holds promise for nuclear clean-up   Leído en: Scientific American

Algunas imágenes: Galería de PROYECTO AGUA