Geobacter metallireducens: Bakteria Aneh yang Memakan Uranium Radioaktif dan Menghasilkan Elektrik - Penemuan Terbaharu dalam Bioremediasi Nuklear

Geobacter metallireducens: Bakteria Aneh yang Memakan Uranium Radioaktif dan Menghasilkan Elektrik - Penemuan Terbaharu dalam Bioremediasi Nuklear. Kajian terbaharu oleh penyelidik dari University of Massachusetts Amherst mendapati bahawa bakteria Geobacter metallireducens mampu mengurangkan uranium radioaktif kepada bentuk yang tidak larut dan selamat, sambil pada masa yang sama menghasilkan elektrik melalui proses respirasi anaerobik. Penemuan ini membuka jalan kepada teknologi bioremediasi sisa nuklear yang lebih murah dan mesra alam, serta potensi penjanaan tenaga mikrob daripada bahan buangan radioaktif. Kajian yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications ini menyerlahkan keupayaan unik bakteria ini untuk menggunakan uranium sebagai penerima elektron dalam rantai pernafasan selular.. Pengenalan kepada Geobacter metallireducens Dalam dunia mikrobiologi, terdapat segelintir organisma yang benar-benar menakjubkan dengan keupayaan luar biasa untuk hidup dalam persekitaran yang paling ekstrem dan toksik. Salah satu daripadanya ialah Geobacter metallireducens, sejenis bakteria Gram-negatif yang pertama kali diasingkan daripada sedimen dasar sungai yang tercemar dengan logam berat. Apa yang menjadikan bakteria ini sangat istimewa ialah keupayaannya untuk 'bernafas' menggunakan logam seperti besi, mangan, dan yang paling mengejutkan, uranium radioaktif. Dalam proses yang dikenali sebagai respirasi anaerobik, Geobacter menggunakan logam-logam ini sebagai penerima elektron akhir, menggantikan oksigen yang digunakan oleh kebanyakan organisma. Penemuan ini bukan sahaja mencabar pemahaman kita tentang sempadan kehidupan, tetapi juga menawarkan penyelesaian yang revolusioner kepada dua masalah besar dunia: pencemaran sisa nuklear dan kekurangan tenaga bersih. Mekanisme Pengurangan Uranium oleh Geobacter Kajian terperinci yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications pada tahun 2023 oleh pasukan penyelidik dari University of Massachusetts Amherst, diketuai oleh Profesor Derek Lovley, mendedahkan mekanisme molekul di sebalik keupayaan Geobacter metallireducens untuk mengurangkan uranium. Dalam persekitaran anaerobik, bakteria ini menggunakan pili konduktif nanowire yang diperbuat daripada protein untuk memindahkan elektron terus ke permukaan uranium heksavalen U VI yang larut dalam air. Proses ini menukarkan uranium kepada bentuk tetravalen U IV yang tidak larut dan lebih stabil, iaitu mineral uraninit. Yang menariknya, pengurangan ini berlaku pada kadar yang sangat cekap, dengan kecekapan melebihi 90% dalam masa beberapa jam sahaja. Penyelidik juga mendapati bahawa kehadiran ion besi dapat mempercepatkan lagi proses ini, menjadikannya lebih praktikal untuk aplikasi lapangan. Potensi Bioremediasi Sisa Nuklear Salah satu implikasi paling penting penemuan ini adalah dalam bidang bioremediasi sisa nuklear. Pada masa ini, sisa radioaktif dari loji kuasa nuklear dan aktiviti perlombongan uranium disimpan dalam bekas khas atau dirawat menggunakan kaedah kimia yang mahal dan berbahaya. Geobacter menawarkan alternatif yang lebih selamat dan murah: bakteria ini boleh digunakan untuk merawat air bawah tanah yang tercemar dengan uranium dengan cara menukarkannya kepada bentuk pepejal yang mudah dikeluarkan. Kajian lapangan yang dijalankan di tapak ujian di Rifle, Colorado, Amerika Syarikat, menunjukkan bahawa suntikan asetat sumber karbon untuk Geobacter ke dalam akuifer yang tercemar berjaya merangsang pertumbuhan bakteria ini dan mengurangkan kepekatan uranium terlarut sebanyak 70% dalam tempoh 50 hari. Ini membuktikan bahawa teknologi ini bukan sahaja berkesan di makmal, tetapi juga boleh diaplikasikan dalam skala besar. Penghasilan Elektrik Mikrob daripada Bahan Buangan Selain keupayaan bioremediasi, Geobacter metallireducens juga terkenal dengan kemampuannya untuk menghasilkan elektrik dalam sel bahan api mikrob MFC . Dalam proses ini, bakteria mengoksidakan bahan organik seperti asetat dan memindahkan elektron yang terhasil ke anod sel bahan api, menjana arus elektrik. Yang menariknya, kajian terbaharu menunjukkan bahawa Geobacter juga boleh menggunakan uranium yang telah dikurangkan sebagai sumber tenaga untuk menghasilkan elektrik secara berterusan. Ini bermakna, dalam satu sistem yang direka dengan baik, kita boleh membersihkan sisa nuklear sambil pada masa yang sama menjana tenaga elektrik. Pasukan penyelidik dari University of California, Berkeley, telah berjaya membangunkan prototaip sel bahan api yang menggunakan Geobacter untuk merawat air sisa yang mengandungi uranium dan menghasilkan kuasa elektrik yang mencukupi untuk menghidupkan lampu LED kecil. Walaupun masih pada peringkat awal, penemuan ini membuka peluang untuk teknologi tenaga boleh diperbaharui yang unik. Kajian Terbaharu dan Implikasi Global Pada tahun 2024, satu kajian kolaborasi antara penyelidik dari Universiti Malaya dan University of Massachusetts telah menguji keupayaan Geobacter metallireducens dalam merawat sisa dari loji nadir bumi di Malaysia. Hasil awal menunjukkan bahawa bakteria ini bukan sahaja berkesan mengurangkan uranium, tetapi juga logam nadir bumi seperti serium dan neodimium. Ini amat relevan untuk Malaysia yang sedang membangunkan industri nadir bumi, di mana pengurusan sisa radioaktif menjadi isu kritikal. Kajian ini diterbitkan dalam jurnal Environmental Science & Technology dan mendapat perhatian antarabangsa. Implikasi global penemuan ini sangat besar: dengan kos operasi yang rendah dan kesan alam sekitar yang minimum, teknologi bioremediasi berasaskan Geobacter boleh menjadi penyelesaian utama bagi negara-negara yang mempunyai masalah pencemaran nuklear, seperti Ukraine, Jepun, dan Amerika Syarikat. Selain itu, keupayaan untuk menghasilkan elektrik secara serentak menjadikannya lebih menarik dari segi ekonomi. Cabaran dan Hala Tuju Masa Depan Walaupun potensi Geobacter metallireducens sangat mengagumkan, terdapat beberapa cabaran yang perlu diatasi sebelum teknologi ini dapat digunakan secara meluas. Pertama, bakteria ini memerlukan persekitaran anaerobik yang ketat, yang mungkin sukar dikekalkan dalam skala besar. Kedua, kehadiran logam lain seperti merkuri atau kadmium boleh merencatkan aktiviti Geobacter. Ketiga, proses pengurangan uranium menghasilkan sisa pepejal yang masih perlu diuruskan dengan selamat. Walau bagaimanapun, penyelidik sedang giat mencari penyelesaian, termasuk kejuruteraan genetik untuk meningkatkan toleransi bakteria terhadap logam toksik dan pembangunan reaktor bioremediasi yang lebih cekap. Dengan sokongan dana penyelidikan yang mencukupi, teknologi ini berpotensi untuk dikomersialkan dalam tempoh 5 hingga 10 tahun akan datang. Kesimpulan Geobacter metallireducens membuktikan bahawa alam semula jadi mempunyai cara yang luar biasa untuk menangani masalah yang dicipta oleh manusia. Keupayaan bakteria ini untuk 'memakan' uranium radioaktif dan menghasilkan elektrik pada masa yang sama adalah satu keajaiban evolusi yang menawarkan harapan baru untuk masa depan yang lebih bersih dan lebih mampan. Penemuan ini bukan sahaja memperluas sempadan pengetahuan kita tentang kehidupan mikrob, tetapi juga memberikan alat yang praktikal untuk menangani dua krisis global: pencemaran radioaktif dan keperluan tenaga boleh diperbaharui. Seperti yang dikatakan oleh Profesor Derek Lovley, 'Geobacter adalah bukti bahawa penyelesaian kepada masalah terbesar kita mungkin sudah wujud di bawah kaki kita, hanya menunggu untuk ditemui.'