Наночастицы золота применяют в медицине, например при терапии злокачественных опухолей и лечении токсоплазмоза. Их могли бы использовать активнее, но проблема заключается в том, что абсолютная безопасность наночастиц не доказана. Нельзя исключить, что они обладают мутагенным или генотоксическим действием. Учёные из Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН и Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН на модели жидкокристаллических дисперсий ДНК обнаружили, что наночастицы золота всё же нарушают структуру генетического аппарата.

Свойства наночастиц металлов и окислов металлов заметно отличаются от свойств, характерных для «массивного» образца исходного материала, поэтому их постоянно тестируют на токсичность и мутагенность. Золото здесь не исключение. Первые предположения о том, что

наночастицы золота малого размера могут воздействовать на генетический аппарат, в частности нарушать образование мужских половых клеток, высказали учёные Университета Чулалонгкорна (Таиланд) в статье, опубликованной в журнале Fertility and Sterility в 2009 году.

Но вопрос о том, носит ли этот эффект универсальный характер, то есть относится ли к генетическому аппарату в целом, а не охватывает только специализированные клетки, остаётся без ответа. Неопределённость связана ещё и с отсутствием разумной биологической модели, позволяющей однозначно детектировать этот эффект.

Группа учёных из Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН и Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН предложила использовать в качестве такой модели частицы жидкокристаллических дисперсий ДНК.

«Они лучше всего моделируют генетический аппарат простейших клеток в том плане, что по ним можно обнаружить эффект действия на него наночастиц золота, – пояснил в интервью STRF.ru заведующий лабораторией конденсированного состояния нуклеиновых кислот ИБХ РАН, профессор Юрий Евдокимов. – И мы этот эффект увидели».

Для своего эксперимента учёные получили дисперсию жидкокристаллических частиц двухцепочечных ДНК в водно-солевом растворе, содержащем полиэтиленгликоль. В каждой частице такой дисперсии соседние молекулы ДНК уложены слоями. Причём каждый последующий слой повёрнут на определённый угол по отношению к предыдущему, поскольку молекула ДНК имеет спиральную структуру. Такие слои называются квазинематическими. Между соседними молекулами в слое существует «свободное» пространство шириной от 2,5 до 5 нм в зависимости от свойств раствора. Поворот слоёв приводит к формированию пространственно закрученной структуры частиц дисперсии, что легко определить по их оптической активности. Если химически или биологически активные соединения взаимодействуют с двухцепочечными молекулами ДНК в частицах дисперсии, оптическая активность определённым образом меняется.

Рис. 1. Наночастицы золота (Au) разного размера взаимодействуют с молекулами ДНК в жидких кристаллах.

Учёные исследовали взаимодействие наночастиц золота размером 2,5 и 15 нм с частицами жидкокристаллических дисперсий ДНК и пришли к выводу, что в зависимости от размеров наночастицы золота связываются молекулами ДНК по-разному (рис. 1).

• Во-первых, наночастицы любого размера образуют комплексы с «поверхностными» молекулами ДНК, при этом самые мелкие частицы могут располагаться в бороздках этих «поверхностных» молекул.
• Во-вторых, наночастицы золота, размер которых сопоставим с расстоянием между молекулами ДНК в квазинематических слоях жидкокристаллической частицы, могут проникать внутрь слоёв и взаимодействовать с молекулами ДНК.

При этом они образуют линейные кластеры в «свободном» пространстве между соседними молекулами ДНК (рис. 2). Сочетание этих взаимодействий приводит к тому, что спиральная, пространственно закрученная структура частицы жидкокристаллической дисперсии ДНК исчезает и соседние слои лежат просто параллельно друг другу.

Рис. 2. Линейные кластеры наночастиц золота в «свободном» пространстве между молекулами ДНК в жидких кристаллах (данные получены Э.В. Штыковой, Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова).

Учёные предположили, что наночастицы золота малого размера аналогичным образом действуют и на биологические объекты, в том числе вирусы и спермии, нарушая пространственную упаковку их ДНК, что может сопровождаться генетическими последствиями. Однако с окончательными выводами они не спешат.

«Мы очень осторожно говорим о том, что обнаруженный нами эффект может иметь отношение к мутагенности и генотоксичности, – отметил Юрий Евдокимов. – Это мы проверяем в настоящее время».

Работа учёных поддержана ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2013 годы» и РФФИ.

Источник информации:

Ю.М. Евдокимов, В.И. Салянов, Е.И. Кац, С.Г. Скуридин Кластеры из наночастиц золота в квазинематических слоях частиц жидкокристаллических дисперсий двухцепочечных нуклеиновых кислот. – Acta Naturae. – 2012. – т.4. – № 4. – 2012. – т. 4. – № 4.