Vi sinh vật chuyển hoá kim loại có thể là lời giải cho một trong những vấn đề môi trường lớn nhất nước Mỹ: hàng trăm tỷ lít nước ngầm bị ô nhiễm bởi uranium và các loại hoá chất độc hại khác.

Vi sinh vật trên được đặt tên là Geobacter. Chúng có cơ chế trao đổi chất độc nhất vô nhị: chuyển các electron cho kim loại để lấy năng lượng từ thức ăn, giống như cách con người hít thở oxy để phân huỷ thức ăn. Trong quá trình chuyển electron, Geobacter biến kim loại từ dạng hoà tan thành dạng rắn, làm cho kim loại tách khỏi nước ngầm.

Vào năm 1987, Derek Lovley, một nhà vi sinh vật tại ĐH Massachusetts Amherst, đã phát hiện Geobacter sử dụng sắt oxide - đặc biệt là gỉ sắt - để tồn tại. Kể từ đó, ông đã tìm ra khoảng 30 loài vi sinh vật khác nhau cũng như phương pháp kích thích chúng ""hít thở"" mọi kim loại. Cùng với Bộ Năng lượng Mỹ, Lovley và đồng nghiệp đang triển khai một sự án làm cho Geobacter phát triển mạnh và chuyển hoá uranium trong nước ngầm ô nhiễm.

Teresa Fryberger, giám đốc Cơ quan Khoa học Môi trường thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, cho biết phương pháp sử dụng Geobacter để làm sạch nước ngầm ô nhiễm ưu việt hơn so với các công nghệ hiện nay. Hiện Bộ Năng lượng phải bơm nước ô nhiễm lên bề mặt, xử lý nó để tách chất gây ô nhiễm rồi lại bơm nước trở lại lòng đất. Tuy nhiên, phương pháp đó không thể loại bỏ hoàn toàn ô nhiễm cũng như không thể giải quyết vấn đề nước ngầm bị nhiễm uranium tại nhiều địa điểm do Bộ quản lý.

Vấn đề nước ngầm nhiễm uranium có từ thời kỳ Chiến tranh lạnh, khi các mỏ và nhà máy nghiền trên toàn nước Mỹ sản xuất hàng triệu tấn uranium oxide để chế tạo bom hạt nhân. Khi các mỏ bị đóng cửa vào những năm 1970, chất thải phóng xạ vẫn nằm tại đó. Chúng ngấm xuống đất và làm ô nhiễm nước ngầm. Mọi người uống phải thứ nước này có nguy cơ bị hỏng gan và ung thư. Tình trạng đất và nước ngầm bị nhiễm uranium lan rộng bởi chất phóng xạ này được khai thác, nghiền, tinh lọc, làm giàu, và được tái xử lý ở các địa điểm riêng. Khó có thể đưa ra con số chính xác về mức độ ô nhiễm song nó rất lớn.

Theo Lovley, làm sạch mọi địa điểm ô nhiễm uranium bằng công nghệ hiện nay - phương pháp phi sinh học - sẽ làm nước Mỹ phá sản bởi chi phí rất lớn. Ông nói: ""Chính vì lý do này mà chúng tôi đang tìm kiếm những phương pháp đơn giản và rẻ tiền hơn"". Phải chăng Geobacter là giải pháp đơn giản và tiết kiệm chi phí? Các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm chúng tại một khu khai thác và chế biến uranium đã bị bỏ hoang gần thành phố Rifle ở miền Tây bang Colorado.

Geobacter xuất hiện tự nhiên trong nước ngầm tại Rifle song chúng sống dựa vào oxide sắt và có số lượng tương đối nhỏ. Nghiên cứu trước kia cho thấy thức ăn ưa thích của Geobacter là acetate, đặc biệt là giấm. Số lượng Geobacter bùng nổ khi có nhiều acetate. Do vậy, các nhà nghiên cứu đã khoan nhiều lỗ xuống lòng đất tại địa điểm thí nghiệm ở Rifle để đưa acetate chầm chậm vào nước ngầm, làm số lượng Geobacter tăng nhanh. Theo giả thuyết của họ, nếu số lượng Geobacter tăng mạnh, chúng sẽ làm cạn kiệt nguồn oxide sắt và phải sống nhờ vào uranium bị hoà tan.

Để kiểm chứng giả thuyết này, nhóm nghiên cứu đã khoan nhiều giếng tại địa điểm quanh nơi đổ acetate rồi lấy mẫu nước định kỳ. Theo thời gian, kỹ thuật của họ đã loại bỏ được 90% uranium khỏi nước ngầm. Họ vẫn để uranium rắn, đứng yên, tồn tại trong đất bởi nó không thể hoà tan và gây hại cho sức khoẻ con người. Lovley và đồng nghiệp hiện đang xây dựng mô hình máy tính để mô tả cách vi sinh vật trên phản ứng với những điều kiện khác nhau trong môi trường. Họ cũng đã giải mã thành công bộ gien của Geobacter, hiểu rõ hơn về cách chúng hoạt động. Tuy nhiên, họ phải vượt qua hai rào cản nữa là xác định tính ổn định của uranium rắn do vi khuẩn tạo ra và tác động lâu dài khi sử dụng Geobacter trên quy mô lớn.

Minh Sơn (Theo NationalGeographics)