Согласно результатам новых исследований, выполненных учеными Йельского и Гарвардского университетов США, металлические углеродные нанотрубки могут быть более токсичными для бактерий, подобных E. Coli, чем полупроводиковые нанотрубки. Исследования показали, что в этом эффекте исключительно важную роль играет электронная структура нанотрубок. Новые результаты могут найти широкое применение при создании новых антибактериальных покрытий для стерилизации поверхностей в больницах и других общественных учреждениях.

Однослойные углеродные нанотрубки (ОУН) являются токсичными для бактерий, потому что ее наноструктуры разрушают клеточные мембраны бактерий, что приводит к излиянию содержимого клетки. Нанотрубки могут также окислять клетки, что, как правило, заканчивается смертью клетки. Однако, ученые и сегодня активно дискутируют о том, почему ОУН настолько вредны для этих микробов.

Рис. 1. (А). Потеря жизнеспособности бактерий E. Coli (выраженная в процентах) в пробирке, где находятся нанотрубки, в зависимости от времени, прошедшего от начала эксперимента. Результаты представлены для различного процентного содержания металлических ОУН: 1) красные столбики отвечают содержанию металлических ОУН с относительной концентрацией <5%; 2) зеленые столбики – с относительной концентрацией 30%; 3) синие – с относительной концентрацией > 95%. (B) Потеря глутатнона (выраженная в процентах) в зависимости от времени эксперимента (от 0 до 6 h) для различного процентного содержания металлических ОУН (цветовая схема аналогично рисунку А).

Чад Векитис (Chad Vecitis), работающий сегодня в Гарвардском университете вместе со своими коллегами показал, что металлические нанотрубки являются более токсичными для бактерий, чем их полупроводниковые аналоги.
Исследователи пришли к такому заключению, используя метод окрашивания с использованием двух маркеров: один из маркеров метит только ДНК клеток с нарушенными мембранами, другой – окрашивает ДНК всех клеток. Они исследовали скопление E. coli бактерий, совмещенных с ОУН, и затем метили их, чтобы оценить, сколько клеток выжило.

Эти результаты были подтверждены фотографиями, полученными с помощью электронных микроскопов, на которых отчетливо видны бактерии в контакте с нанотрубками.

Рис. 2. Бактерии E. coli представлены на фоне ОУН фильтров. Буква “М” означает процентное содержание металлической фракции нанотрубок как и на предыдущем рисунке. (рисунок из статьи авторов в журнале ACS Nano).

Команда Векитиса утверждает, что металлические ОУН убивают больше бактерий чем их полупроводниковые собратья, потому что они интенсивнее взаимодействуют с биомолекулами.

Исследователи показывают, что металлические ОУН окисляют глутатнон – важный внутриклеточный элемент – в большей степени, чем это делают полупроводниковые трубки.

Это “окислительный стресс”, вероятно, является ответственным за большую клеточную токсичность металлических ОУН”, – говорит Векитис.

Наша работа показала, что электронная структура углерода нанотрубок должна быть принята во внимание при оценке цитотоксичности«, – сказал Векитис. – "Это стало новой темой, к которой не обращались в предыдущих исследованиях.»

Металлические нанотрубки могут использоваться для создания антибактериальных покрытий в больницах. Эти покрытия стерилизовали бы поверхности, что способствовало уменьшению распространения внутрибольничных инфекций среди пациентов. Покрытия могли бы также использоваться для создания мембран, которые уменьшают биозагрязнения в других общественных учреждениях.

С другой стороны, такой механизм воздействия металлических ОУН может иметь негативные последствия для водных экосистем из-за их токсичности. Требуются дополнительные исследования, чтобы сделать точные оценки последствий.

Мы только рассмотрели отдельную бактериальную разновидность E. Coli. Мы должны определить, являются ли эффекты, которые мы наблюдали, общими или только определенными к этой бактерии".

Результаты исследований представлены в статье ACS Nano.

Статья переведена и отредактирована Филипповым Ю.П. по материалам: