Phát hiện ra vi sinh vật khử được độc tính của chất thải, sản sinh ra đồng nguyên chất

Các nhà khoa học vừa khám phá ra vi sinh vật mang khả năng chuyển hóa chất thải từ hoạt động khai thác đồng thành một dạng đồng tinh khiết có thể tái sử dụng. Nếu nâng quy mô tái chế thành công, ta sẽ có trong tay một “nhà máy sinh học” giá rẻ, thân thiện với môi trường, vừa có thể tổng hợp được kim loại có giá trị cao lại vừa xử lý được chất thải.

Vi khuẩn này sản sinh ra đồng đơn nguyên tử có thể dùng trong hoạt động sản xuất năng lượng và nhiều ngành công nghiệp khác. Đây là vi sinh vật đầu tiên có khả năng sản sinh ra kim loại đơn nguyên tử, và các nhà khoa học tin rằng đây mới chỉ là một trong số hàng chục, hàng trăm vi sinh vật tương tự khác đang chờ khoa học khám phá.

“Chúng thực sự có thể loại bỏ độc tính [ra khỏi chất thải] và chuyển chúng thành vật liệu có ích, đồng thời làm sạch môi trường”. Đó là nhận định của Debora Rodrigues, giáo sư công tác tại ban kỹ nghệ dân dụng và môi trường của Đại học Houston, đồng thời là tác giả nghiên cứu mới.

Con vi khuẩn với khả năng khử độc phụ phẩm sinh ra trong quá trình khai thác đồng.

Đồng là thành tố thiết yếu trong sản xuất đồ điện tử và làm lớp phủ kháng khuẩn. Thông thường, chúng ta thường tách chiết đồng từ quặng chalcopyrite; “Những quặng này là tổ hợp của đồng với các khoáng chất cacbonat, sunfat, photphat và oxit”, giáo sư Rodrigues nhận định.

Quá trình tinh chế đồng sẽ sản sinh ra đồng ion hóa, đồng thời thải ra phụ phẩm có hại cho môi trường. Một người hấp thụ thứ chất thải này có thể bị đau đầu, nôn mửa do gan và thận ngừng hoạt động. Hàm lượng chất thải đủ cao có thể gây tử vong.

Khoa học đã phát hiện ra nhiều quần thể vi khuẩn và nấm có khả năng sản sinh ra những kim loại có ích như bạc, vàng và thậm chí là đồng. Sản phẩm tồn tại dưới dạng những cụm hạt vật chất nano có kích cỡ chỉ từ 10-40 nanomet. Tuy nhiên, đây là lần đầu tiên họ phát hiện ra những vi sinh vật có khả năng sản sinh ra kim loại dưới dạng đơn nguyên tử. Hạt đồng do vi khuẩn sản xuất có kích cỡ 170-179 picomet (từ 0,17-0,179 nanomet). Quá trình sản xuất những hạt động nhỏ cỡ này trong phòng thí nghiệm vốn nhiêu khê, tốn kém và cần tới nhiều hóa chất độc hại.

“Đồng vốn là chất dẫn điện tốt, nhưng những hạt đồng đơn nguyên tử do vi khuẩn sản xuất lại còn linh hoạt hơn, bởi lẽ chúng tồn tại ở dạng tinh khiết”, giáo sư Rodrigues nhận định. Cô và các cộng sự tìm thấy vi khuẩn này trong quần thể vi sinh vật sống tại mỏ đồng ở Brazil.

“Rất khó để tách được số đồng ion hóanày bởi lẽ chúng hòa vào với nước”, cô Rodrigues kể về những khó khăn ban đầu. Thế nhưng khi đưa vi khuẩn vào những lọ nhỏ chứa đồng sunfat có màu xanh lá (vốn tách thành đồng ion hóa và sunfat khi hòa với nước), các nhà nghiên cứu bất ngờ với phát hiện mới: sau 2 ngày, tổ hợp chất biến thành màu cam.

Sau khi soi vi khuẩn dưới kính hiển vi, họ không thấy dấu vết của hạt đồng cỡ nano, và đã phải dùng tới kính hiển vi electron mới phát hiện ra những nguyên tử kim loại. Họ đếm được khoảng 13.000 nguyên tử đồng tồn tại bên trong tế bào vi khuẩn. Và khi phân tích kỹ cấu trúc của các nguyên tử đồng, nhóm nghiên cứu thấy rằng đây là một dạng đồng không có tính ion và hữu dụng trong các hoạt động khác.

Đồng tự nhiên.

Tạm đặt tên vi khuẩn là Bacillus sp. strain 105, nhóm bắt tay vào nghiên cứu cách thức thứ vi sinh vật này tạo ra nguyên tử đồng đơn lẻ. Để mắt tìm dấu vết các protein mà vi khuẩn sản sinh ra chỉ khi có quặng đồng sunfat, nhóm các nhà khoa học xác định được protein có tên ferritin (tồn tại trong cơ thể người và một số dạng sống khác) có khả năng lưu trữ sắt. Những thí nghiệm thực hiện trong môi trường khép kín đã chứng minh được rằng protein này có thể biến đổi đồng ion hóa độc hại thành một vật chất bớt tính độc hơn, nhưng đây là lần đầu tiên các nhà khoa học chứng kiến quá trình này diễn ra bên trong một sinh vật sống.

“Đồng ion hóa độc hại với rất nhiều dạng sống, vậy nên có những loài tìm được cách biến chúng thành những chất bớt độc hơn”, giáo sư Rodrigues nhận định. Theo dự đoán, quá trình biến đổi chất này sẽ rất tốn năng lượng.

“Sinh vật khử được độc nhưng ắt sẽ phải trả giá”, và giáo sư nhận định vi khuẩn có thể đã tận dụng sunfat làm nguồn năng lượng để khử độc tính môi trường và sinh trưởng. Cô cho rằng Bacillus sp. strain 105 mới chỉ là một trong số nhiều vi sinh vật mang khả năng khử độc tồn tại trong tự nhiên.

Nhưng đó là chuyện tương lai. Trước mắt, nhóm đang tìm cách tận dụng khả năng này của vi khuẩn để sản xuất đồng đơn nguyên tử. “Nghiên cứu này mở ra một ngành mới về những vi sinh vật thân thiện với môi trường, có khả năng tổng hợp kim loại đơn nguyên tử sử dụng trong nghiên cứu khoa học, công nghệ, kỹ thuật và y dược”.

Cập nhật: 28/04/2021 Theo Pháp luật và bạn đọc