miniatura|Injecció de font proteica (sèrum de llet en pols) per a estimular el creixement de microorganismes de l'aqüífer del riu Snake (Idaho, EUA). Aquest sistema contribueix a descontaminar l'aqüífer, en el qual s'havia detectat triti en un nivell considerable. La bioremediació de residus radioactius o bioremediació de radionúclids és una aplicació de la bioremediació que es basa en la utilització d'agents biològics —bacteris, plantes i fongs naturals o modificats genèticament— per a catalitzar reaccions químiques que permetin la descontaminació de llocs afectats per radionúclids. Aquestes partícules radioactives són productes secundaris generats com a conseqüència d'activitats relacionades amb l'energia nuclear i constitueixen un problema de contaminació i radiotoxicitat (amb conseqüències ecològiques i sanitàries greus) a causa de la seva naturalesa inestable d'emissió de radiacions ionitzants.
Les tècniques de bioremediació d'espais mediambientals com sòls, sediments i aigües contaminats per radionúclids són diverses i actualment s'estan erigint com una alternativa ecològica i econòmica als procediments tradicionals. Aquestes estratègies convencionals són de tipus fisicoquímic i es basen en l'extracció dels residus (a través d'excavacions i perforacions) i el seu transport a llarga distància fins a instal·lacions especialitzades, on són confinats definitivament. La gestió de volums de material tan elevats i amb requeriments especials provoca un increment substancial dels costs d'operació, que sovint esdevé inassumible en certes regions i cronifica l'impacte ambiental de la radioactivitat.
Les espècies que participen en aquests processos tenen la capacitat d'incidir en propietats dels radionúclids com la solubilitat, la biodisponibilitat i la mobilitat accelerant la seva estabilització. La seva acció està influenciada en gran manera pels donadors i acceptors d'electrons, els nutrients del medi, la complexació de les partícules radioactives amb la matèria i els factors ambientals. Són mesures que es poden dur a terme o bé en el focus de contaminació (in situ) o bé en instal·lacions controlades i delimitades per a poder seguir el procés biològic amb més exactitud i combinar-lo amb altres sistemes (ex situ).
Espais contaminats per radioactivitat
Tipologia dels radionúclids i dels residus contaminants
La presència de residus radioactius al medi pot ocasionar un efecte a llarg termini a causa de l'activitat i el període de semidesintegració dels radionúclids, per la qual cosa el seu impacte creix amb el temps. Aquestes partícules existeixen en diversos estats d'oxidació i es troben en forma d'òxids, coprecipitats, o com a complexos orgànics o inorgànics, segons la seva procedència i mitjà d'alliberament. El més habitual és trobar-les en forma oxidada, la qual les fa més solubles en aigua i, per tant, més mòbils. A diferència dels contaminants orgànics, però, no es poden destruir i han de ser convertides a una forma estable o extrets del medi.
Les fonts de radioactivitat no són exclusives de l'activitat humana. La radioactivitat natural és aquella que prové de fonts no humanes; comprèn fins a ¾ parts de la radioactivitat total del planeta i té el seu origen en la interacció d'elements terrestres amb raigs còsmics d'elevada energia (radionúclids cosmogènics) o en materials ja existents a la Terra des de la seva formació (primordials). En aquest sentit, hi ha diferències en els nivells de radioactivitat al llarg de l'escorça terrestre; l'Índia i serralades com els Alps són algunes de les zones amb el grau més elevat de radioactivitat natural a causa de la composició de les seves roques i sorres.
Els radionúclids més freqüents en sòls de manera natural són el radi 226 (226Ra), el radó 222 (222Rn), el tori 232 (232Th), l'urani 238 (238U) i el potassi 40 (40K). En aigües oceàniques ho són el potassi 40 (fins al 88% de l'activitat total als oceans), el carboni 14 (¹⁴C), el radi 226, l'urani 238 i el rubidi 87 (87Rb); i en aigües subterrànies continentals són abundants els radioisòtops del radi, com el radi 226 i el radi 228 (228Ra). També són habituals en materials de construcció radionúclids de l'urani, el tori i el potassi (aquests últims comuns a la fusta).
Paral·lelament, els radionúclids antropogènics (per causa humana) són deguts a reaccions termonuclears derivades d'explosions i proves d'armes nuclears, els abocaments procedents d'instal·lacions nuclears i els accidents que se'n deriven, el reprocessament del combustible comercial, el dipòsit dels residus d'aquests processos i, en menor mesura, la medicina nuclear. Alguns exemples de zones contaminades per aquests radionúclids són les instal·lacions del Departament d'Energia dels EUA com Hanford Site, les zones d'exclusió de Txernòbil i Fukushima i l'àrea de Txeliàbinsk afectada per l'accident nuclear de Kixtim.
En aigües ocèaniques, la presència de triti (3H) ha augmentat considerablement per causes antropogèniques, igual que el cesi 137 (137Cs), l'estronci 90 (90Sr), el plutoni 239 (239Pu) i el plutoni 240 (240Pu). En sòls, el tecneci 99 (99Tc), el carboni 14, l'estronci 90, el cobalt 60 (60Co), el iode 129 (129I), el iode 131 (131I), l'americi 241 (241Am), el neptuni 237 (237Np) i diverses formes radioactives del plutoni i l'urani són els radionúclids més comuns.
Freqüència d'aparició de radionúclids segons el nombre d'instal·lacions analitzades del Departament d'Energia dels Estats Units d'Amèrica Aigües subterrànies Sòl Font: Departament d'Energia, Govern dels Estats Units d'Amèrica (1992)
La classificació dels residus l'estableix l'Agència Internacional de l'Energia Atòmica, que distingeix sis nivells en funció de la dosi equivalent, l'activitat radiològica, la calor despresa i el període de semidesintegració dels seus radionúclids: Residus exempts: compleixen amb els criteris d'exclusió del control reglamentari de protecció radiològica. Residus de vida molt curta: residus de període de semidesintegració molt curt (material d'investigació i d'ús mèdic) que es poden emmagatzemar durant un període limitat a pocs anys i, posteriorment, quedar exempts del control reglamentari. Residus de molt baixa activitat: terres i runes amb nivells baixos d'activitat que també poden contenir altres residus perillosos. Residus de baixa activitat: residus amb uns llindars d'activitat alts que requereixen un aïllament i una contenció robusta durant centenars d'anys en instal·lacions prop de la superfície terrestre. Inclouen radionúclids amb períodes de semidesintegració curts amb nivells d'activitat molt alts i també radionúclids amb períodes de desintegració llargs (però amb nivells d'activitat relativament baixos). Residus d'activitat mitjana: tenen un període de semidesintegració molt llarg i requereixen un grau de contenció i aïllament a major profunditat. Residus d'alta activitat: residus amb grans quantitats de radionúclids amb períodes de semidesintegració llargs que necessiten ser emmagatzemats en formacions geològiques profundes i estables, generalment a centenars de metres sota terra.
Conseqüències ecològiques i sobre la salut humana miniatura|Deformació d'una mà a causa d'una cremada per raigs X.
La contaminació radioactiva és un perill potencial per als organismes vius i es tradueix en perills externs, referents a les fonts de radiació externes al cos, i en interns, fruit de la incorporació dels radionúclids a l'interior de l'organisme (sovint per inhalació de partícules o ingestió d'aliments contaminats).
En els humans, dosis úniques a partir de 0,25 Sv produeixen les primeres anomalies en la quantitat de leucòcits. Aquest efecte s'accentua si la dosi absorbida oscil·la entre 0,5 i 2 Sv, situació en què es pateixen les primeres lesions, nàusees i pèrdua del cabell. La franja oscil·lant entre 2 i 5 Sv es considera la més greu i inclou hemorràgies, úlceres i perill de mort; valors superiors a 5 Sv impliquen la mort immediata. Si la radiació, per altra banda, és rebuda en petites dosis al llarg de períodes llargs de temps, les conseqüències poden ser igualment greus. És difícil quantificar els efectes sobre la salut per dosis inferiors a 10 mSv, però s'ha demostrat que hi ha una relació directa entre l'exposició perllongada i el risc de patir càncer —tot i no existir una relació dosi-resposta prou clara per a establir uns límits clars d'exposició.
La informació disponible de l'efecte de la radiació natural de fons respecte a la de la contaminació per radionúclids sobre la fauna i flora és escassa i fa referència a molt poques espècies. És molt difícil estimar a partir de les dades disponibles les dosis totals que poden acumular durant etapes específiques del cicle vital (desenvolupament embrionari o edat reproductiva), en canvis en el comportament o segons els factors ambientals com l'estacionalitat. Els fenòmens de bioacumulació, bioconcentració i biomagnificació radioactius, però, són especialment coneguts en l'àmbit marí. S'originen per la incorporació i retenció de radioisòtops per bivalves, crustacis, corals i fitoplàncton, que després ascendeixen a la resta de la cadena tròfica en factors de concentració baixos.
La bibliografia radiobiològica i l'AIEA estableixen un límit innocu de dosi absorbida de 0,001 Gy/d per animals terrestres i de 0,01 Gy/d per plantes i per biota marina, tot i que per espècies de vida llarga amb capacitat reproductiva baixa s'hauria de reconsiderar aquest límit. miniatura|Experiment de 1909 en què es mostra l'efecte de l'exposició a la radioactivitat del radi sobre tramussos. L'activitat radiològica era la mateixa per totes les plàntules, però no la durada de l'exposició (decreixent d'esquerra a dreta, la quarta com a control). Aquelles exposades durant més temps van patir més danys i majors deficiències de creixement i germinació. Les proves de radiació en organismes model determinen que els efectes de les radiacions elevades sobre animals i plantes són: Aberracions cromosòmiques. Danys a les molècules d'ADN. Leucopènia. Càncers, amb especial incidència per la leucèmia. Disminució del creixement. Deficiències reproductives: esterilitat, disminució de la fecunditat, anormalitats en el desenvolupament embrionari i reducció de la viabilitat de la descendència. Reducció de la germinació de les llavors. Cremades dels teixits exposats a la radiació. Mortalitat, tant la letalitat aguda com la reducció a llarg termini de l'esperança de vida.
Els efectes de la radioactivitat sobre els bacteris venen donats, com en eucariotes, per la ionització de l'aigua i la producció d'espècies reactives de l'oxigen. Aquests compostos provoquen mutacions en les cadenes d'ADN i produeixen danys genètics, que acaben induint la lisi i la posterior mort cel·lular.
La seva acció sobre els virus, per altra banda, té com a resultat la malmesa dels àcids nucleics vírics i la seva inactivació. Tenen un llindar de sensibilitat que disminueix segons augmenta la llargada del genoma i que oscil·la entre 1.000 i 10.000 Gy (dins el ventall que ocupen la majoria d'organismes biològics).
Bioremediació bacteriana L'estabilització bioquímica de radionúclids per part d'espècies bacterianes presenta certes diferències amb el metabolisme dels compostos orgànics provinents de fonts de carboni. Són formes radioactives altament energètiques que poden transformar-se indirectament pel procés de transferència d'energia microbiana.