Lanthaniden, of zeldzame aardmetalen, zijn niet alleen essentieel voor allerlei elektronica, maar ook voor bepaalde bacteriën. Deze bacteriën gebruiken lanthaniden om hun metabole processen uit te voeren, zoals methanolafbraak, en zijn alom in het milieu aanwezig. Nu blijkt dat deze aardmetalen niet zo onvervangbaar zijn voor de bacteriën als we dachten. Een team onder leiding van Lena Daumann (Ludwig Maximilian Universiteit, München) heeft aangetoond dat bepaalde bacteriën ook vergelijkbare actiniden, te weten americium en curium, kunnen gebruiken in plaats van lanthaniden, mits deze dezelfde grootte en oxidatietoestand hebben. Hiermee tonen ze voor het eerst aan dat organismen deze radioactieve elementen kunnen gebruiken voor basale levensprocessen. Ze publiceerden hun resultaten op 11 mei in Angewandte Chemie. 

Co-factor

Het idee kwam van Daumann, vertelt coauteur Huub op den Camp, emeritus hoogleraar ecologische microbiologie aan de Radboud Universiteit. Ze gingen uit van een methylotrofe bacterie die lanthaniden als co-factor gebruikt voor een methanol dehydrogenase; een enzym dat methanol afbreekt. Americium en curium, beide radioactieve actiniden, zijn chemisch vergelijkbaar met de lanthaniden. ‘Zouden de bacteriën die elementen dan ook als co-factor kunnen gebruiken, in plaats van de lanthaniden?’, zegt Op den Camp. 

De bacteriën bleken met americium en curium net zo goed te werken als de lanthaniden. Plutonium deed het niet. ‘Waarschijnlijk doordat het een andere oxidatietoestand heeft’, legt Op den Camp uit. De bevinding heeft geen natuurlijke consequenties, omdat americium en curium beide niet in de natuur voorkomen. ‘Het organisme kan dus leven op een element dat niet in de natuur voorkomt.’ 

Uraniummijnen

Op den Camp en collega’s onderzochten ook of je deze bacteriën kunt inzetten om lanthaniden terug te vinden. ‘Omdat ze zo veel gebruikt worden in elektronica en China er een redelijk monopolie op heeft.’ Nu kijken de onderzoekers of ze metalen kunnen terugwinnen uit afvalwater dat lanthaniden of actiniden bevat. ‘Het zou mooi zijn als je het water van uraniummijnen kunt schoonmaken met deze bacteriën.’ 

Zelf is Op den Camp benieuwd hoe de bacteriën de actiniden opnemen. ‘Onze bacterie en de bacterie van Berkeley [een van de samenwerkende universiteiten, red] zijn compleet verschillend, maar ze doen hetzelfde omdat ze hetzelfde enzym hebben. Ik vraag me nog af hoe ze de radioactieve elementen in de cel krijgen.’ 

Helena Singer et al., Minor actinides can replace essential lanthanides in bacterial life, Angewandte Chemie (2023) (Open access)