ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НАНОПОКРЫТИЙ НА РОСТОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРООРГАНИЗМОВ

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 11-04-00263-а

Сфера нанотехнологий считается во всем мире ключевой темой для технологий XXI века [4, с. 87]. Благодаря специфическим физическими, химическими и биологическими свойствам наночастиц, лежащих в их основе, такие материалы часто превосходят «обычные» по многим параметрам. Как правило, подобные материалы могут найти свое применение в медицине, биотехнологии, энергетике [3, с. 127].

Вхимическом институте Казанского (Приволжского) Федерального Университета разрабатываются покрытия из наночастиц, которые предполагается использовать для защиты механизмов, аппаратур и устройств от биологической коррозии. Нанопокрытия представляют собой пленку с нанесением макроциклических молекул, называемых каликс[4]аренами, и экспонированным в них ионом серебра [1, с. 358]. Каликс[4]арен выступает в качестве молекулярной платформы для конструирования [2, с. 76].

Поскольку в дальнейшем планируется использовать готовые нанопокрытия в окружающей среде, необходимо оценить их потенциальное воздействие на живые организмы. Оценка опасности объектов с использованием микроорганизмов является одним из перспективных направлений в биотестировании по ряду причин: в частности, микроорганизмы способны быстро реагировать на воздействие токсикантов, они распространены повсеместно, являются основными агентами круговоротов элементов, имеют высокие скорости роста и размножения.

Исходя из вышеизложенного, целью данной работы является исследование влияния нанопокрытий на основе каликс[4]аренов с экспонированными ионами серебра на микроорганизмы.

Объектом исследования являлась полиэтиленовая пленка 1х1 см с различными типами нанесений:

1. чистая плёнка (без нанесения);
2. плёнка с нанесением растворителя (СН₂Сl₂);
3. плёнка с непосредственным нанесением серебра (AgNO₃);
4. плёнка с нанесением калекс[4]арена (морф.cone);
5. готовая плёнка (СН₂Сl₂+морф.cone+AgNO₃).

На первом этапе работы нами была произведена оценка влияния готовых нанопленок на ростовые характеристики тест-объекта аэробной грамотрицательной бактерии Pseudomonasputida(рис. 1). Данный микроорганизм часто используется в биотестировании и рекомендован рядом методик, в частности, ISO/DIS10712. Рост культуры микроорганизмов оценивался по изменению оптической плотности, измеренной при 600 нм, в сравнении с контролем. В качестве контроля использовали колбу с культурой микроорганизмов, подвергшихся воздействию чистой пленки.

Рис. 1. Влияние готовых нанопленок на рост Ps. putida

Из рис. 1 видно, что через 24 часа инкубирования наблюдается незначительное ингибирование роста Ps. putida, а на 12 час было зафиксировано ингибирование на 52 %. Это говорит о том, что нанопленка оказывает на микроорганизмы бактериостатический эффект.

Вторым этапом стала оценка компонентов нанопленок, оказывающих наибольшее воздействие на Ps.putida, для подтверждения целесообразности использования серебра в составе нанопленок, а не при непосредственном нанесении, так как стоимость производства и нанесения нанопокрытий достаточно высока (рис. 2).

Рис. 2. Влияние компонентов нанопленок на рост Ps.putida

Было выявлено, что пленка, пленка с растворителем и пленка с калекс[4]ареном незначительно ингибирует рост культуры микроорганизмов. В случаях «пленка с серебром» и «готовая пленка» отмечается ингибирование роста микроорганизмов. Причем в варианте «пленка с серебром» оно незначительно, а в варианте «готовая пленка» - более 50 %. В обоих случаях действующим токсическим агентом являются ионы серебра. Различие состоит лишь в способе взаимодействия серебра с микроорганизмами. В последнем случае ион серебра как бы размещен на подставке - каликс[4]арене. Это увеличивает площадь поверхности контакта и соответственно, эффективность воздействия покрытия по сравнению с нанесением серебра без использования каликс[4]арена.

Таким образом, для усиления бактериостатических свойств покрытия применение наночастиц целесообразно.

Для подтверждения наличия бактериостатического воздействия нанопленок на микроорганизмы, на следующем этапе работ нами было оценено их влияние на ростовые характеристики штамма Вacilluspumilus – одного из наиболее распространенных представителей почвенной микрофлоры.Для этого оценивали оптическую плотность культуры микроорганизмов через 12 часов инкубирования после контакта с готовыми нанопленками и их отдельными компонентами.

Рис. 3. Сравнение чувствительности штаммов Ps.putidaи B. pumilusк готовым нанопленкам и их отдельным компонентам

Из рис. 3 видно, что штамм В. pumilus значительно менее чувствителен к воздействиюкаликс[4]арена с серебром, чем штамм Ps.putida(40 %).

Мы предположили, что такое различие в чувствительности связано с различным типом строения клеточной стенки указанных микроорганизмов. Поэтому на следующем этапе нами было проведено определение типа клеточного строения с использованием окрашивания по Граму и с использованием щелочи КОН. Согласно результатам определения по обеим методикам, штамм Ps.putidaбыл отнесен к грамотрицательным микроорганизмам, а штамм В. pumilus – к грамположительным.

Наше предположение подтвердилось: микроорганизм с грамотрицательным типом строения клеточной стенки был более чувствительным к нанопленкам.

Таким образом, в работе проверены бактериостатические свойства впервые созданных нанопокрытий. Выявлено, что покрытия из наночастиц оказывают негативное воздействие на рост штамма Ps.putida, которыйимеет грамотрицательный тип строения клеточной стенки.

Списоклитературы:

1. Гютше Ч. Д. Каликсарены. Химия комплексов "гость-хозяин" под ред. Фегтле Ф. и Вебера В., М.: Мир, 1988. - 445 с.
2. Лучинин В. В. Введение в индустрию наносистем // Нано- и микросистемная техника. - 2007. - № 8.
3. Bhushan B. Springer Handbook of Nanotechnology / B. Bhushan // Springer-Verlag. - 2004. -No. 66.
4. Poole C. P. Owens F. J. Introduction to nanotechnology / C. P. Poole, F. J. Owens // Hoboken, NJ, USA: A John Wiley & Sons, Inc., 2003. – 392 с.