Опасность наночастиц определит биолюминесценция

Красноярские ученые предложили использовать светящиеся молекулы для определения токсичности наноматериалов

Группа научных коммуникаций, ФИЦ КНЦ СО РАН

Коллектив ученых из Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН и Сибирского федерального университета разработал биолюминесцентную ферментативную тест систему для оценки токсичности углеродных наноматериалов. Отличительными чертами разработанного теста являются его простота, быстрая скорость реакции и высокая чувствительность. Результаты исследования опубликованы в журнале Toxicology in Vitro.

Схематическое изображение работы ферментативного биотеста.
Рисунок предоставлен авторами статьи

Развитие нанотехнологий привело к широкому использованию наноматериалов в различных областях промышленности. В настоящее время искусственно созданные наночастицы, в первую очередь на основе углерода, активно применяются при производстве лекарств, косметических средств и в пищевой промышленности. С каждым годом спектр применений наноматериалов растет. Ожидается, что к 2025 году мировой рынок углеродных нанотрубок достигнет 145 тысяч тонн, они будут применяться практически во всех технологических сферах.

Безопасность новых материалов для живых организмов и человека всегда вызывает опасения. Отличительная черта современности – использование различных биологических тестов для проверки потенциальной опасности внедряемого в промышленность материала. Токсический эффект наноматериалов может быть связан с их воздействием на биологические молекулы. Например, связываясь с компонентами клетки, наночастицы могут подавлять активность ферментов или даже приводить к полной инактивации белковых молекул.

Коллектив красноярских ученых из Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН и Сибирского федерального университета предложил использовать биолюминесцентный реагент «Энзимолюм» для тестирования токсичности наноматериалов. «Энзимолюм» – это уникальная ферментативная система из нескольких молекул, выделенных из морских светящихся бактерий. Интенсивность свечения реагента меняется под действием различных добавок. Ученые протестировали способность таких коммерческих наноматериалов, как различные углеродные нанотрубки и фуллерены, подавлять свечение ферментативной системы. Наибольший ингибирующий эффект наблюдался для многостенных нанотрубок. Необходимо отметить, что негативные эффекты на свечение ферментов зафиксированы при концентрациях наноматериалов, превышающих их ожидаемые концентрации в окружающей среде. Однако с ростом их применения, можно ожидать и увеличения встречающихся в природе концентраций.

Внешний вид многокомпонентного реагента
на основе биферментной системы светящихся бактерий
(слева: диски на основе желатина, справа – на основе крахмала).

«Мы разрабатываем тест системы “Энзимолюм» на протяжении последних 10 лет. На сегодня это простая в использовании технология. Реагент представляет собой небольшие высушенные диски с включенными в них ферментами. Каждый из дисков предназначен для проведения одного измерения. Диски могут долго храниться без потери свойств. Сам анализ проводится за 2-3 минуты. После этого у вас есть результат – влияет ли раствор изучаемого аналита на свечение биологического материала. На основании этого можно сделать вывод о его потенциальной токсичности. Тест-система уже проверена на способность быстро определять наличие в окружающей среде таких токсикантов, как тяжелые металлы или пестициды. Мы прогнозируем, что молекулярный экспресс биотест «Энзимолюм” найдет широкое применение в различных сферах», – рассказала о сути метода кандидат биологических наук, научный сотрудник Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН Елена Есимбекова.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда в рамках проекта «Новая методология комплексной экспрессной оценки качества и загрязнения почвы на основе ферментативных биолюминесцентных систем».

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 28.09.2017