Interfax-Russia.ru — Красноярские ученые создали биотест из светящихся бактерий. Он поможет оценить степень загрязненности городских почв.
Ученые Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН и Сибирского федерального университета (СФУ) разработали биотест на основе ферментов из светящихся бактерий, который позволит определять токсичность почвы. Результаты исследования опубликованы в журналах Environmental Technology & Innovation и Sensors.
"В основе биотеста комбинированная система из двух ферментов оксидоредуктазы и люциферазы, выделенных из светящихся микроорганизмов в лаборатории нанобиотехнологии и биолюминесценции Института биофизики СО РАН. Он фиксирует изменения интенсивности свечения ферментов под действием токсичных примесей. Подавление свечения пропорционально количеству токсичных веществ в пробах", — сообщили в пресс-службе КНЦ.
Действие теста ученые проверили на городских почвах, в которых часто встречаются фтор, мышьяк и свинец.
"Как показали результаты, чувствительность биосенсора зависела не только от концентрации токсиканта в почве, но и от свойств исследуемых образцов грунта. Для получения более точных результатов необходимо было учесть химические характеристики почвы и ее гранулометрический состав", — отметили в пресс-службе КНЦ.
Тогда вдобавок к ферментному биосенсору ученые разработали специализированное программное обеспечение, чтобы упростить интерпретацию результатов при изучении такой сложной поли компонентной, полифункциональной среды, как почва.
"Приложение содержит информацию о характеристиках стандартных образцов грунта и влиянии водных вытяжек из этих почв на ферментные системы. Речь идет о фоновом ингибирующем эффекте на компоненты биосенсора. Зная эти значения и исключив их из результатов измерений, мы получаем оценку степени загрязнения образца почвы. Разработанное программное обеспечение и биотест могут найти широкое применение в экологическом мониторинге", — сообщил один из соавторов работы, директор КНЦ СО РАН Александр Шпедт.
По данным КНЦ, исследование было выполнено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Красноярского краевого фонда науки и Министерства науки и высшего образования РФ.
Ранее с помощью биолюминесцентных тестов сотрудники Красноярского научного центра СО РАН проверили на токсичность и антиоксидантную активность фуллеренолы — водорастворимые производные фуллеренов, которые можно использовать для создания антибактериальных, противогрибковых, противовирусных, противораковых средств и компонентов композиционных биоматериалов.
"Мы исследовали токсичность и антиоксидантную активность фуллеренолов с различным числом кислородосодержащих заместителей (групп атомов, замещающих атом водорода в исходной структуре — ИФ), используя клеточный и ферментативные биолюминесцентные тесты. Выяснилось, что фуллеренолы с меньшим количеством кислородосодержащих заместителей не так токсичны, как фуллеренолы с большим количеством кислородосодержащих заместителей", — рассказала одна из авторов исследования, аспирантка Красноярского научного центра СО РАН Екатерина Ковель.
Поэтому, по ее словам, чтобы снизить токсичность, нужно уменьшить количество кислородсодержащих групп, присоединенных к углеродному каркасу.
В свою очередь в КНЦ отметили, что биолюминесцентные методы, предложенные красноярскими биофизиками, позволяют изучать токсичные и антиоксидантные эффекты нанормазмерных материалов. Тесты просты в использовании, характеризуются высокой скоростью анализа и дают возможность одновременно исследовать большое число проб-образцов.
"Биолюминесцентные методы помогут предсказывать свойства водорастворимых углеродных наноматериалов на этапе их синтеза, что чрезвычайно важно для создания новых медицинских препаратов на их основе", — добавили в научной организации.
Углерод — один из наиболее удобных и перспективных химических элементов для создания наноструктур. Открыты такие формы существования углерода, как фуллерены, нанотрубки, нановолокна, наноалмазы, графен. Ученые предполагают, что среди прочего их можно применять для адресной доставки лекарств, помещая препараты внутрь наночастиц, или для создания высокочувствительных маркеров, способных обнаруживать серьезные болезни на ранней стадии.
Вместе с тем, ученые Красноярского научного центра и Сибирского федерального университета (СФУ) недавно обнаружили в почве новый штамм бактерий, способных накапливать в клетках биоразлагаемые полимеры.
"Коллектив красноярских ученых ФИЦ "Красноярский научный центр СО РАН" и Сибирского федерального университета обнаружил и выделил новый штамм бактерий, который может расти на различных доступных источниках углерода и синтезировать полимеры с различным химическим составом и характеристиками из сахаров, глицерина, жирных кислот и растительных масел", — сообщила пресс-служба КНЦ.
Такие полимеры, как отмечают в научном центре, считаются кандидатами на постепенную замену широко используемым неразлагаемым, вредным для окружающей среды синтетическим полимерам. Они относятся к биоматериалам широкого спектра применения — от городского строительства и сельского хозяйства до фармакологии и биомедицины.
"В результате исследования ученые также обнаружили, что тип источника углерода влиял на химический состав и свойства полимеров. Таким образом, новый штамм бактерии Cupriavidus necator IBP/SFU-1 способен синтезировать полимеры с короткой и средней длиной цепи", — говорится в сообщении КНЦ.
В качестве сырья для синтеза полимера новыми бактериями исследователи опробовали различные источники углерода: фруктоза и глюкоза, очищенный глицерин, растительные масла, в том числе рафинированное подсолнечное и отбеленное рафинированное дезодорированное пальмовое масло, а также жирные кислоты, например, пальмитиновая, миристиновая, лауриновая и олеиновая.
Наивысшие концентрации биополимера в клетках (около 80%) были получены в культурах с пальмовым маслом и олеиновой кислотой в качестве источников углерода. Результаты для "контрольных" фруктозы и глюкозы, существенно не различались и были также близки к 80%. Культивирование на очищенном глицерине дало более низкие показатели, содержание внутриклеточного полимера уменьшилось примерно на четверть. Параметры накопления на насыщенных жирных кислотах и подсолнечном масле были еще ниже.
