Специалисты биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова предложили простой и удобный тест для предварительной оценки токсичности наноматериалов. В качестве тест-объекта они использовали генетически модифицированую кишечную палочку, – передает STRF.ru.

Наноматериалы бы с удовольствием использовали в биологии и медицине. Но проблема в том, что вещество в виде наночастиц может быть более токсичным, чем в «обычном» состоянии, а о действии наноматериалов на биологические объекты известно мало. Московские ученые, например, выяснили, что углеродные нанотрубки токсичны для кишечной палочки.

Исследователи использовали штамм кишечной палочки со встроенным геном из светящихся морских бактерий. Суспензию клеток смешивали с одностенными углеродными нанотрубками (это частицы диаметром от 0,7 до 2 нм и длиной до нескольких мкм) таким образом, чтобы в 1 мл водной суспензии присутствовали 1 млрд. клеток и 0,2 мг частиц, и выдерживали разное время при комнатной температуре. (Частицы синтезировали методом дугового разряда в лаборатории спектроскопии наноматериалов ЦЕНИ ИОФ РАН им. А. М. Прохорова). Затем клетки отмывали от нанотрубок и рассматривали с помощью атомно-силового микроскопа.

Клетки кишечной палочки, проведшие несколько дней в воде, выглядят как настоящие палочки. Однако после 4-х суток инкубации с углеродными нанотрубками поверхность бактерий была деформирована. Клетка частично утрачивает содержимое, из-за чего ее изображение имеет провал в средней части. На 7–8-е сутки содержимое клеток вытекает полностью, и от бактерий остается только сплющенная клеточная оболочка. Исследователи отмечают, что материал, из которого изготовлены нанотрубки, не оказывает на клетки такого действия. Бактерицидными свойствами обладают именно нанотрубки. Через двое суток инкубации с ними количество живых бактерий в суспензии сократилось вдвое, через 3 суток — более чем на порядок. Очевидно, эти структуры механически разрушают бактериальную клеточную стенку и мембрану под ней.

Углеродные нанотрубки не только вызывают внешние изменения бактерий и снижают их жизнеспособность, но и влияют на клеточный метаболизм. Уже через час совместной инкубации бактерии в два раза увеличивают потребление кислорода, но к третьему часу оно приходит в норму. Уровень метаболизма удобно также определять по свечению клетки: после инкубации с нанотрубками кишечная палочка с геном морской фотобактерии светится далеко не так ярко, как должна. Уже через сутки биолюминесценция снижается на 45—50%.

Ученые установили, что между жизнеспособностью клеток и их биолюминисценцией существует прямая связь. Измерять бактериальную биолюминесценцию просто, а экспресс анализ образца занимает не более получаса. Биохимические нарушения в клетках кишечной палочки происходят значительно раньше, чем становятся заметными внешние изменения. Особым образом высушенные люминенсцентные бактерии можно хранить месяцами. Поэтому исследователи предлагают использовать люминесцентные бактерии в качестве биотестера при определении токсичности наноматериалов.