http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=71b2ff89-4244-489f-8f86-3138435315c9&print=1© 2024 Российская академия наук
В прошлом году проект коллектива исследователей лаборатории бионанофотоники Института проблем химической физики им. Н.Н.Семенова РАН под руководством Виктора Надточенко и лаборатории регуляции экспрессии генов микроорганизмов Института молекулярной генетики РАН под руководством Инессы Хмель получил поддержку Минобрнауки в рамках ФЦП “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы”.
Цель работы - изучение научно-технических основ биосинтеза наночастиц серебра с помощью ароматических растений и бактерий Индии и России, а также перспектив их применения для борьбы с распространением социально значимых инфекционных заболеваний. О научной предыстории проекта и о текущих результатах работы рассказывает в беседе с корреспондентом “Поиска” его руководитель Виктор Надточенко:
- Изучением физико-химических свойств наночастиц мы занимаемся совместно с лабораторией Инессы Хмель около 10 лет. У нас есть общий научный интерес к проблеме их взаимодействия с живыми частицами (бактериями), в частности, к тому, как проявляют себя золотые и серебряные наночастицы в качестве антибактериальных систем. Исследовав антибактериальное действие, мы заинтересовались вопросом, связанным с биосинтезом наночастиц бактериями. Нас серьезно интересуют вопросы получения металлических наночастиц разной формы и размера биологическими, а не химическими методами.
Смысл в следующем: в процессе жизнедеятельности бактериальных систем возможно образование металлических частиц из растворенных ионов золота, серебра, других металлов. Это явление известно относительно давно. Существуют, к примеру, геологические отложения определенных металлов, которые формируются за счет жизнедеятельности бактерий. Нас эта тема заинтриговала с точки зрения получения серебряных и золотых частиц.
- Откуда такой интерес к благородным металлам?
- Здесь ситуация несколько парадоксальная. С одной стороны, серебро является мощным бактерицидом. С другой - существуют определенные штаммы бактерий, которые способны ионы серебра восстанавливать, превращать в наночастицы (то есть в металл). В Индии в последние 10 лет активизировались работы, в которых изучается образование наночастиц с использованием не бактерий, а растений. Наши коллеги из индийского Медицинского центра контроля заболеваний работают в этом направлении. Герань, алоэ - все это биологические системы, которые используются для получения металлических частиц. А в целом это научное направление называется Green Chemistry Nanoparticle Production. Главная идея заключается в том, чтобы не использовать химические соединения для получения наночастиц. И здесь мы сталкиваемся с интересными эффектами: частицы, которые образуются в биологических системах, как правило, приобретают довольно необычную форму.
- Почему это важно?
- Это связано с тем, что изменение формы наночастиц приводит к очень существенным сдвигам так называемого плазмонного резонанса, другими словами, к изменению спектра поглощения. А это, в свою очередь, интересно и важно с практической точки зрения. Такие частицы, которые создают эффект “игры” цвета, издавна используются в декоративном искусстве. Венецианское стекло или знаменитый древнеримский нефритовый кубок в Британском музее, который меняет цвет с зеленого на красный в зависимости от освещения, изготовлены с их участием.
- Но вы-то не музейными экспонатами заинтересовались?
- Верно. Ученым этот эффект интересен по другим причинам. Оказывается, можно получать наночастицы золота или серебра, которые поглощают свет в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне. Отсюда возникает целый ряд следствий. Например, такие наночастицы можно использовать для подавления активности раковых клеток. Это происходит так: при воздействии ИК-излучения введенные в опухоль наночастицы серебра и золота разогреваются, а возникшая тепловая энергия способна разрушать находящиеся поблизости раковые клетки и убивать микропаразитов. Правда, попутно возникает целая серия вопросов. Самый распространенный - не токсичны ли золотые наночастицы?
- У вас есть на него ответ?
- При получении золотых частиц необычной формы, которые должны поглощать в ближнем ИК-диапазоне, используются поверхностно-активные вещества вроде СТАВа (цетилтриметиламмоний бромид). А этот детергент является цитотоксичным, и “отмыться” от него очень сложно: он остается в виде примеси.
Но если получать наночастицы с помощью биологических методов, как предлагаем мы, эти проблемы исчезают и образовавшиеся частицы не содержат “злых” детергентов.
- Как идет взаимодействие с индийскими коллегами?
- Индия - тропическая страна, поэтому там ученые делают акцент на исследовании поведения золотых и серебряных наночастиц по отношению к микропаразитам. Наш интерес - бактериальные клетки. Но научные интересы и научные области часто пересекаются.
Например, фотосинтез могут проводить не только растения, но и бактерии. Есть тип бактерий - так называемые цианобактерии. Они могут проводить фотосинтез и фиксацию азота. Мы выяснили, что наночастицы из ионов металлов образуют, в основном, азотфиксирующие цианобактерии. Объяснение этому может быть следующее. В жизненных процессах участвуют так называемые электрон-транспортные цепи. Судя по всему, ионы металла способны “перехватывать” электрон в такой цепи и блокировать ее. Именно в азотфиксирующих бактериях потенциалы в электрон-транспортной цепи образуются более высокие, поэтому там лучше идет процесс восстановления.
- Чем должен завершиться проект?
- Мы должны предоставить новые знания о формировании частиц в результате биосинтеза и их физико-химических и бактерицидных свойствах, опубликовать результаты в серьезных изданиях. Этим сейчас и занимаемся.
- Участвуют ли в проекте молодые ученые?
- Конечно. Мы работаем со студентами и аспирантами кафедры химической физики (факультет молекулярной и химической физики) МФТИ, кафедры химической генетики химфака МГУ. Могу сказать, что проекты, финансируемые Минобрнауки, - это своего рода “отдушина”, которая позволяет нам проводить серьезные исследования и поддерживать талантливую молодежь.