L'échantillon rougeoyant/rosé sur le côté droit est un échantillon réel contenant du curium radioactif et la protéine lanmoduline, lors d'une expérience de spectroscopie de fluorescence au LLNL. La protéine fait briller le curium lorsqu'il est exposé à la lumière UV. En présence de la protéine, la luminescence du curium devient suffisamment forte pour être observée à l'œil nu. Le schéma représente la structure du complexe curium-protéine, avec trois atomes de curium liés par molécule de protéine. Crédit :Laboratoire national Lawrence Livermore
Les scientifiques et collaborateurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont proposé un nouveau mécanisme par lequel les déchets nucléaires pourraient se répandre dans l'environnement.
Les nouvelles découvertes, qui impliquent des chercheurs de Penn State et de la Harvard Medical School, ont des implications pour la gestion des déchets nucléaires et la chimie de l'environnement. La recherche est publiée dans le Journal de l'American Chemical Society .
« Cette étude porte sur le devenir des matières nucléaires dans la nature, et nous sommes tombés sur un mécanisme jusqu'alors inconnu par lequel certains éléments radioactifs pouvaient se répandre dans l'environnement, " a déclaré Gauthier Deblonde, scientifique et auteur principal du LLNL. " Nous montrons qu'il existe des molécules dans la nature qui n'étaient pas considérées auparavant, notamment des protéines comme la « lanmoduline » qui pourraient avoir un impact fort sur les radioéléments problématiques pour la gestion des déchets nucléaires, comme l'américium, curium, etc."
Activités nucléaires passées et présentes (énergie, recherche, essais d'armes) ont accru l'urgence de comprendre le comportement des matières radioactives dans l'environnement. Déchets nucléaires contenant des actinides (par exemple plutonium, américium, curium, neptunium...) sont particulièrement problématiques car ils restent radioactifs et toxiques pendant des milliers d'années.
Cependant, on sait très peu de choses sur la forme chimique de ces éléments dans l'environnement, obligeant les scientifiques et les ingénieurs à utiliser des modèles pour prédire leur comportement à long terme et leurs schémas de migration. Jusqu'ici, ces modèles n'ont considéré que les interactions avec de petits composés naturels, phases minérales et colloïdes, et l'impact de composés plus complexes comme les protéines a été largement ignoré. La nouvelle étude démontre qu'un type de protéine abondant dans la nature surpasse largement les molécules que les scientifiques considéraient auparavant comme les plus problématiques en termes de migration des actinides dans l'environnement.
"La découverte récente que certaines bactéries utilisent spécifiquement des éléments des terres rares a ouvert de nouveaux domaines de la biochimie avec des applications technologiques importantes et des implications potentielles pour la géochimie des actinides, en raison des similitudes chimiques entre les terres rares et les actinides", a déclaré Joseph Cotruvo Jr., Penn State professeur assistant et co-auteur de l'article.
La protéine appelée lanmoduline est une petite protéine abondante dans de nombreuses bactéries utilisant des terres rares. Elle a été découverte par les membres de l'équipe de Penn State en 2018. Alors que l'équipe de Penn State et LLNL a étudié en détail le fonctionnement de cette protéine remarquable et comment elle peut être appliquée pour extraire des terres rares, la pertinence de la protéine pour les contaminants radioactifs dans l'environnement était auparavant inexplorée.
"Nos résultats suggèrent que la lanmoduline, et composés similaires, jouent un rôle plus important dans la chimie des actinides dans l'environnement qu'on aurait pu l'imaginer, ", a déclaré Annie Kersting, scientifique du LLNL. "Notre étude souligne également le rôle important que les molécules biologiques sélectives peuvent jouer dans les schémas de migration différentielle des radio-isotopes synthétiques dans l'environnement."
"L'étude montre également pour la première fois que la lanmoduline préfère les éléments actinides à tout autre métal, y compris les éléments des terres rares, une propriété intéressante qui pourrait être utilisée pour de nouveaux procédés de séparation, " a déclaré le scientifique du LLNL Mavrik Zavarin.
La biochimie des éléments des terres rares est un domaine très récent que Penn State et LLNL ont contribué à ouvrir, et le nouveau travail est le premier à explorer comment la chimie environnementale des actinides peut être liée à l'utilisation par la nature des éléments des terres rares. L'affinité plus élevée de la lanmoduline pour les actinides pourrait même signifier que les organismes utilisant des terres rares qui sont omniprésents dans la nature peuvent préférentiellement incorporer certains actinides dans leur biochimie, selon Deblonde.
