Оценка воздействия наночастиц металлов на рекомбинантный люминесцирующий штамм

Размещено на http://www.allbest.ru//

1

Размещено на http://www.allbest.ru//

Оценка воздействия наночастиц металлов на рекомбинантный люминесцирующий штамм

Авдейчева М.И.

Несмотря на то, что наночастицы были открыты достаточно давно, до сих пор расширяется спектр их применения в различных областях науки и техники, а также количество исследований посвященных определению их биологических эффектов и воздействия на окружающую среду в целом. Следовательно, вопрос потенциального риска использования наноразмерных материалов представляет первостепенное значение.

Увеличение уровня загрязнения окружающей среды такими наноразмерными формами требует подбора чувствительных и специфичных методов обнаружения и оценки опасности этих загрязнений. Для определения влияния такого типа токсических воздействий на окружающую среду наряду с химическими и физическими методами анализа был разработан ряд биологических тест-систем. В связи с этим целью настоящей работы стала оценка воздействия биологических эффектов наночастиц на рекомбинантный штамм Escherichia coli K12 TG1 с клонированными luxCDABE генамиVibrio fischeri и на одноклеточных гидробинтов Stylonychia mytilus.

Анализ полученных данных выявил эффекты воздействия наночастиц на исследуемые тестобъекты. При этом по степени подавления свечения, характеризуемой величиной EC50, наночастицы металлов располагались в последовательности Zn > Cu-Zn (сплав) > Cu-Zn (смесь) > Сu. Результаты исследования действия наночастиц металлов на Stylonychia mytilus показали, что наночастицы металлов могут быть расположены в ряду токсичности следующим образом: Cu-Zn (смесь) > Zn > Cu > Cu-Zn(сплав).

Ключевые слова: наночастицы, люминесцентные микроорганизмы, простейшие, биотоксичность.

наноразмерный наночастица рекомбинантный гидробинт

В последние годы интерес к изучению наноразмерных частиц существенно возрос. Это связано с тем, что открылись новые перспективные возможности использования наночастиц во многих областях науки и техники, в частности, для биохимии и микробиологии. Разработка и внедрение дешевых и быстрых биологических тест-систем для оценки токсичности наночастиц и до настоящего времени остается актуальной задачей. При этом одними из наиболее востребованных в настоящее время биосенсоров являются люминесцирующие микроорганизмы и одноклеточные гидробионты [1]-[2].

В связи с этим целью настоящей работы стала оценка воздействия биологических эффектов наночастиц на рекомбинантный штамм Escherichia coli K12 TG1 с клонированными luxCDABE генами Vibrio fischeri и на одноклеточных гидробинтов Stylonychia mytilus.

При проведении исследований нами были использованы пять лабораторных препаратов наночастиц металлов, произведенных в Институте физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения РАН. Список включал наночастицы цинка (Zn, d=90 нм), меди (Cu, d=97 нм), а так же сплав этих металлов (Cu-Zn, d= 65 нм) и их смесь (Cu+Zn) в соотношении 60 % к 40 % [3].

Оценку воздействия наночастиц на Escherichia coli K12 TG1 с клонированными luxCDABE генами Vibrio fischeri проводили с использованием методики проведения теста на ингибирование бактериальной люминесценции. Использованный бактериальный штамм выпускается ЗАО НВО «Иммунотех» (Россия) в лиофилизированном состоянии под коммерческим названием «Эколюм». Методика биотестирования включала приготовление суспензий анализируемых соединений, их смешивание и совместную инкубацию с сенсорными микроорганизмами [3].

Биолюминесцентный анализ с использованием E. coli K12 TG1 проводился в течение трех часов и включал количественное измерение биолюминесценции в опытных и контрольных пробах на 60, 120 и 180 минуте с помощью микропланшетного анализатора Infinite PROF200 («Tecan Group, Ltd», Швейцария), по результатам которого рассчитывали индексы токсичности испытуемых наноматериалов.

Подготовка гидробионтов включала предварительное культивирование в течение 7 дней на среде Лозина-Лозинского с использованием дрожжей [4]. Затем полученные пробы наночастиц в объеме 100 мкл вносили в соответствующие ячейки. Далее производилось внесение культуры Stylonychia mytilus по 10 особей со 100 мкл дистиллированной воды. Подсчет выживаемости особей производился в течение 3-х часов при помощи микроскопа (БИОЛАМ-1,ОАО «ЛОМО» Россия) [4].

Полученные результаты выполнены минимум в трех повторностях и обработаны методами вариационной статистики с использованием пакета компьютерных программ «Statistica» V8 («StatSoftInc.», США). Подсчет гидробионтов начался спустя 60 минут воздействия наночастиц, а выживаемость фиксировалась в течение 15 часов.

Общий анализ полученных данных выявил различные эффекты воздействия наночастиц на культуру клеток гидробионтов Stylonychia mytilus и бактерий Escherichia coli.

При этом по степени подавления свечения, характеризуемой величиной EC50, наночастицы металлов располагались в следующей последовательности: Zn > Cu-Zn (сплав) > Cu-Zn (смесь) > Сu. Результаты исследования действия наночастиц металлов на Stylonychia mytilus показали, что наночастицы металлов могут быть расположены в ряду токсичности следующим образом: Cu-Zn (смесь) > Zn > Cu > Cu-Zn (сплав).

Таким образом, установлено, что среди наночастиц чистых металлов Zn, а среди двухкомпонентных систем Cu-Zn (сплав) оказали наиболее токсичное воздействие как на одноклеточных гидробионтов, так и на бактерии.

Исходя из этого можно подвести итог, на основании которого ряды токсичности наночастиц металлов для гидробионтов и для бактерий выглядят следующим образом для наночастиц чистых металлов: Zn>Cu и для двухкомпонентных систем: Cu-Zn (смесь) > Cu-Zn (сплав).

Библиографический список источников

Методические указания 1.2.2634-10 «Микробиологическая и молекулярно-

генетическая оценка воздействия наноматериалов на представителей микробиоценоза» - М.: Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2010.

Belkin S. Microbial wholecell sensing systems of environmental pollutants // Curr. Opin. Microbiol. - 2003. - V. 6. - № 3. - P. 206-212.

Алешина Е. С. Оценка биотоксичности углеродных нанотрубок с использованием биотестов на основе люминесцирующих микроорганизмов [Электронный ресурс] / Алешина Е. С., Дроздова Е. А. // Вестник Оренбургского государственного университета,2015. - № 10.

- С. 126-129.

Handy R.D., Owen R., Valsami-Jones E. The ecotoxicology of nanoparticles and nanomaterials: current status, knowledge gaps, challenges, and future needs // Ecotoxicology. - 2008. - V. 17. - № 5. - P. 315-325.