Учёные предложили определять токсичность наноматериалов с помощью светящихся молекул

Так быстрее, качественнее и веселее

Биолюминесцентную ферментативную тест-систему для оценки токсичности углеродных наноматериалов разработали учёные из ФИЦ Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета. Специалисты уверяют, что эта система проста, быстрее реагирует и более чувствительна.  Результаты исследования опубликованы в журнале Toxicology in Vitro.

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. Ожидается, что к 2025 году мировой рынок углеродных нанотрубок достигнет 145 тысяч тонн, они будут использоваться практически во всех технологических сферах.

Безопасность новых материалов для живых организмов и человека всегда вызывает опасения. Отличительная черта современности — различные биологические тесты 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 частиц.

Коллектив ученых из ФИЦ КНЦ 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 такое действие зафиксировано при концентрациях наноматериалов, превышающих ожидаемые 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 R + L (слева: диски на основе желатина, справа – на основе крахмала)

«Мы разрабатываем тест системы «Энзимолюм» на протяжении последних десяти 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 образца на свечение биологического материала. На основании этого можно сделать вывод о 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».