Il campione incandescente/rosato sul lato destro è un campione reale contenente curio radioattivo e la proteina lanmodulina, durante un esperimento di spettroscopia di fluorescenza al LLNL. La proteina fa brillare il curio quando esposto alla luce UV. In presenza della proteina, la luminescenza del curio diventa abbastanza forte da essere osservata a occhio nudo. Lo schema rappresenta la struttura del complesso curio-proteina, con tre atomi di curio legati per molecola di proteina. Credito:Lawrence Livermore National Laboratory
Gli scienziati ei collaboratori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno proposto un nuovo meccanismo attraverso il quale le scorie nucleari potrebbero diffondersi nell'ambiente.
Le nuove scoperte, che coinvolgono ricercatori della Penn State e della Harvard Medical School, avere implicazioni per la gestione delle scorie nucleari e la chimica ambientale. La ricerca è pubblicata su Giornale della Società Chimica Americana .
"Questo studio si riferisce al destino dei materiali nucleari in natura, e ci siamo imbattuti in un meccanismo precedentemente sconosciuto mediante il quale alcuni elementi radioattivi potrebbero diffondersi nell'ambiente, " ha detto lo scienziato LLNL e autore principale Gauthier Deblonde. "Mostriamo che ci sono molecole in natura che non sono state considerate prima, in particolare proteine come "lanmodulina" che potrebbero avere un forte impatto sui radioelementi che sono problematici per la gestione delle scorie nucleari, come l'americio, curio, eccetera."
Attività nucleari passate e presenti (energia, ricerca, test sulle armi) hanno aumentato l'urgenza di comprendere il comportamento dei materiali radioattivi nell'ambiente. Rifiuti nucleari contenenti attinidi (ad esempio plutonio, americio, curio, nettunio...) sono particolarmente problematiche in quanto rimangono radioattive e tossiche per migliaia di anni.
Però, si sa molto poco della forma chimica di questi elementi nell'ambiente, costringendo scienziati e ingegneri a utilizzare modelli per prevedere il loro comportamento a lungo termine e i modelli di migrazione. Finora, questi modelli hanno considerato solo le interazioni con piccoli composti naturali, fasi minerali e colloidi, e l'impatto di composti più complessi come le proteine è stato ampiamente ignorato. Il nuovo studio dimostra che un tipo di proteina abbondante in natura supera ampiamente le molecole che gli scienziati precedentemente consideravano le più problematiche in termini di migrazione degli attinidi nell'ambiente.
"La recente scoperta che alcuni batteri utilizzano specificamente gli elementi delle terre rare ha aperto nuove aree della biochimica con importanti applicazioni tecnologiche e potenziali implicazioni per la geochimica degli attinidi, a causa delle somiglianze chimiche tra le terre rare e gli attinidi", ha affermato Joseph Cotruvo Jr., Professore assistente della Penn State e autore corrispondente sul documento.
La proteina chiamata lanmodulina è una proteina piccola e abbondante in molti batteri che utilizzano terre rare. È stato scoperto dai membri del team di Penn State nel 2018. Mentre il team di Penn State e LLNL ha studiato in dettaglio come funziona questa straordinaria proteina e come può essere applicata per estrarre terre rare, la rilevanza della proteina per i contaminanti radioattivi nell'ambiente era precedentemente inesplorata.
"I nostri risultati suggeriscono che lanmodulina, e composti simili, svolgono un ruolo più importante nella chimica degli attinidi nell'ambiente di quanto avremmo potuto immaginare, " ha detto la scienziata LLNL Annie Kersting. "Il nostro studio indica anche l'importante ruolo che le molecole biologiche selettive possono svolgere nei modelli di migrazione differenziale dei radioisotopi sintetici nell'ambiente".
"Lo studio mostra anche per la prima volta che lanmodulina preferisce gli elementi attinidi rispetto a qualsiasi altro metallo, compresi gli elementi delle terre rare, una proprietà interessante che potrebbe essere utilizzata per nuovi processi di separazione, " ha detto lo scienziato LLNL Mavrik Zavarin.
La biochimica degli elementi delle terre rare è un campo molto recente che Penn State e LLNL hanno contribuito a creare, e il nuovo lavoro è il primo ad esplorare come la chimica ambientale degli attinidi possa essere collegata all'uso naturale degli elementi delle terre rare. La maggiore affinità di Lanmodulin per gli attinidi potrebbe anche significare che gli organismi che utilizzano terre rare che sono ubiquitari in natura possono incorporare preferenzialmente determinati attinidi nella loro biochimica, secondo Deblonde.
