CC BY
52
THE PROBLEM OF ENSURING SAFETY IN THE USE OF NARCOTIC ANALGESICS IN THE RUSSIAN FEDERATION
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2019
Смирнова О.Д.1, Паламарчук К.В.1, Калашникова И.В. 1, Бокарева Д.А.1, Мусатова В.Ю.2, Семенов С.А.2, Нугманова Т.А.3, Калашникова А.Н.3
ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ И МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ В СРЕДЕ НА РОСТ МИКРОМИЦЕТОВ
1ФГБУ «Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"», 123098, г. Москва; 2МИРЭА - Российский технологический университет, Институт тонких химических технологий
имени М.В. Ломоносова, 119454, г. Москва; 3ООО «БИОИН-НОВО», 127299, г. Москва
В работе исследовалось влияние содержания магнитных металлополимерных нанокомпозитов на основе ненасыщенных малеинатов и цитраконатов кобальта (II), никеля (II) и железа, а также итаконатов кобальта (II) и железа, и некоторых наночастиц: диоксида кремния, магнетита и углеродных нанотрубок в среде, - на рост почвообразующих микромицетов Trichoderma asperellum, Fusarium oxysporum, Aspergillus niger и Phytophthora infe^ans. Выявлены как токсичные, так и ростостимулирующие концентрации нанокомпозитов, полученных термическим разложением малеинатов кобальта и никеля. Для остальных исследованных наночастиц существенного ингибирования роста микромицетов в диапазоне концентраций от 10-7 до 10массовых долей обнаружено не было. Оказалось, что для большинства видов наночастиц существуют такие их концентрации в среде, в диапазоне 10-5-10-7 массовых долей, при которых наблюдается усиление роста грибов. Ростостимулирующие дозы существуют даже для наночастиц, оказывающих токсические эффекты при концентрациях на несколько порядков больших. Для каждого отдельного вида микромицета существуют свои диапазоны концентраций конкретного типа наночастиц, качественно меняющие ростовые свойства в обе стороны. При этом, в попытках проверить возможное усиление трофики, существенных различий с контролем по поглощению красителей в присутствии наночастиц на примере Trichoderma asperellum обнаружено не было. Вынесено предположение о возможности стресс-стимулированного усиления роста наночастицами (что требует отдельных прямых доказательств, и в целом вопрос о молекулярных механизмах стимуляции остаётся открытым). Полученные результаты заставляют в новом свете взглянуть на проблему загрязнения окружающей среды наночастицами и антимикробными агентами на их основе, с заранее непредсказуемой стимуляцией роста отдельных видов патогенной микрофлоры.
Ключевые слова: металлополимерные нанокомпозиты; магнитные нанокомпозиты
кобальта; никеля и железа; Trichoderma asperellum; Fusarium oxysporum; Aspergillus niger; Phytophthora infe^ans; токсичность наночастиц.
Для цитирования: Смирнова О.Д., Паламарчук К.В., Калашникова И.В. , Бокарева Д.А., Мусатова В.Ю., Семенов С.А., Нугманова Т.А., Калашникова А.Н. Влияние наночастиц и металлополимерных нанокомпозитов в среде на рост микромицетов. Медицина экстремальных ситуаций. 2019; 21(1): 173-183.
Для корреспонденции: Смирнова Оксана Дмитриевна, научный сотрудник ФГБУ «НИЦ "Курчатовский институт"», 123098, г. Москва. E-mail: [email protected]
Smirnova O.D.1, Palamarchuk K.V.1, Kalashnikova I.V.1, Bokareva D.A.1, Musatova V.Yu.2, Semenov S.A.2, Nugmanova T.A.3, Kalashnikova A.N.3
INFLUENCE OF NANOPARTICLES AND METAL-POLYMERIC NANOCOMPOSITES ON THE GROWTH OF MICROMYCETES IN MEDIUM
National Research Center «Kurchatov Institute», Moscow, 123098, Russian Federation;
2MIREA - Russian Technological University, Moscow, 119454, Russian Federation;
3BIOIN-NOVO, Moscow, 127299, Russian Federation
In the study there was investigated the effect of the content of magnetic metal-polymer nanocomposites on the base of unsaturated maleinates and cobalt (II) citraconates, nickel (II) and iron, and also cobalt (II) itaconates and iron, and some nanoparticles of silicon dioxide, magnetite and carbon nanotubes in
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
the medium, - on the growth of soil-forming micromycetes Trichoderma asperellum, Fusarium oxyspo-rum, Aspergillus niger and Phytophthora infectans. Both toxic and growth-promoting concentrations of nanocomposites obtained by thermal decomposition of cobalt and nickel maleates have been revealed. For the rest of the studied nanoparticles, no significant inhibition of the growth of micromycetes was found in the concentration range from 10-7 to 10-3 mass fractions. It turned out that for most types of nanoparticles there are such concentrations in the medium, in the range of 10-5 - 10-7 mass fractions, at which there is an increase in the growth offungi. Growth-promoting doses exist even for nanoparticles that have toxic effects at concentrations greater by several orders of magnitude. For each individual type of micromycete, there are different concentration ranges for a particular type of nanoparticles that qualitatively change the growth properties in both directions. At the same time, in attempts to verify the possible enhancement of tropism, no significant differences were found with the control on the absorption of dyes in the presence of nanoparticles using the example of Trichoderma asperellum. An assumption was made about the possibility of stress-stimulated enhancement of growth by nanoparticles (which requires some direct evidence, and the whole question of the molecular mechanisms of stimulation remains open). The obtained results make us look at the problem of environmental pollution by nanopar-ticles and antimicrobial agents based on them in a new light, with unpredictable growth stimulation of certain types of pathogenic microflora.
Keywords: metal-polymer nanocomposites; cobalt magnetic nanocomposites; nickel and iron;
Trichoderma asperellum; Fusarium oxysporum; Aspergillus niger; Phytophthora diseases; nanoparticle toxicity.
For citation: Smirnova O.D., Palamarchuk K.V., Kalashnikova I.V., Bokareva D.A., Musatova V.Yu., Semenov S.A., Nugmanova T.A., Kalashnikova A.N. Influence of nanoparticles and metal-polymeric nanocomposites on the growth of micromycetes in medium. Meditsina ekstremal'nykh situatsiy (Medicine of Extreme Situations, Russian journal) 2019; 21(1): 173-183 . (In Russian).
For correspondence: Oksana D. Smirnova, Researcher of National Research Center «Kurchatov Institute», Moscow, 123098, Russian Federation. E-mail: [email protected]
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Acknowledgments. This work was partially supported by RFBR project No. 18-53-34007. Received: February 5, 2019 Accepted: February 21, 2019
Введение
С началом использования частиц нанораз-мерного диапазона нанотехнологии широко вошли в современную промышленность и научные разработки. В медицинской сфере, в частности при создании систем контролируемой адресной доставки лекарственных средств, активно используются наночастицы с магнитными свойствами. В последнее время активно изучаются металлополимерные магнитные на-нокомпозиты кобальта (II), никеля (II) и железа, исследуемые в данной работе наряду с на-ночастицами диоксида кремния, магнетита и углеродных нанотрубок, получаемые методом контролируемого термолиза ненасыщенных дикарбоксилатов вышеперечисленных металлов в атмосфере аргона. Особенностью данных магнитных нанокомпозитов, обладающих собственным магнитным моментом и магнитной восприимчивостью, является одновременность
синтеза и стабилизации наночастиц еще на стадии саморегулирующегося термолиза путем их распределения в полимерной матрице и образования защитной полимерной оболочки структуры «ядро-оболочка» [1-3]. Металлополимерные нанокомпозиты типа «ядро -оболочка» представляют интерес в качестве катализаторов, сенсорных и магнитных материалов, керамики [4-6], а сами соли ненасыщенных дикарбоно-вых кислот, являющихся прекурсорами данных нанокомпозитов, применяются в качестве покрытий с антибактериальными свойствами и лекарственных веществ [7-9]. Потенциальные возможности использования таких наночастиц пока еще мало изучены, показана возможность применения данных магнитоактивных метал-лополимерных нанокомпозитов железа в медицине и диагностике.
Включение металлополимерных нанокомпо-зитов в состав полимерных материалов способно увеличивать их вязкостные и адгезионные
THE PROBLEM OF ENSURING SAFETY IN THE USE OF NARCOTIC ANALGESICS IN THE RUSSIAN FEDERATION
Рис. 1. Данные электронной микроскопии: а - ПЭМ-изображение нанокомпозита, полученного термолизом кислого малеината никеля (II); б - СЭМ-изображение наночастиц магнетита.
свойства, что может быть широко использовано во многих сферах производства. В связи с этим встаёт вопрос о самостоятельной токсичности таких наночастиц и их влиянии на микробиомы как важной части экосистем.
Группой авторов статьи с использованием наночастиц и нанокомпозитов разрабатываются различные виды систем адресной доставки лекарственных средств: капсулы, стабилизированные эмульсии и сферические аморфные микрочастицы [10-12]. Предварительные исследования и тестирования in vitro и in vivo уже позволяют с уверенностью сказать, что отдельные композиции с наночастицами способны повысить биодоступность целевых, труднорастворимых в чистом виде препаратов в несколько десятков раз, а удельную десорбцию с твердотельных носителей - на два порядка [12].
Поэтому перед нами встал вопрос возможной токсичности используемых наночастиц. В этой работе мы поставили задачу проанализировать влияние различного содержания нано-частиц в среде на жизнеспособность и ростовые свойства почвообразующих микромицетов на примере Trichoderma asperellum, Fusarium oxysporum, Aspergillus niger и Phytophthora infedans, а также проверить возможное влияние на поглощение вещества окружающей среды клетками грибов. Отдельная часть исследования, выполненная только на Trichoderma asperellum, опубликована [13].
Материал и методы
Использованы магнитные металлополимер-ные нанокомпозиты, обладающие собственным магнитным моментом и восприимчивостью, полученные в результате термического разложения, малеинатов и цитраконатов кобальта (II), никеля (II) и железа (рис. 1, а), а также итаконатов кобальта (II) и железа в атмосфере аргона [1-3]. Они представляют собой порошки частиц, состоящих из двух структурных элементов: в органическую полимерную матрицу внедрены сферические наночастицы Co3O4/CoO/a-Co, NiO/B-Ni или y-Fe2O3 в полимерной оболочке структуры «ядро-оболочка». В процессе саморегулирующегося термолиза карбоксилаты кобальта, никеля и железа претерпевают стадии дегидратации, полимеризации с образованием сетчатого полимера, и декарбоксилирования до образования металлсодержащей фазы и бескислородной полимерной матрицы. Полученные данные энергодисперсионного и элементного анализов и ИК-спектроскопии свидетельствуют об образовании наночастиц оксидов металлов с некоторой долей чистых металлов, окруженных полимерной оболочкой, состоящей, в основном, из фрагментов (-СН2-, =СН- и =С=). Средний диаметр нанокомпозитов, находящийся в пределах 4-8 нм, был определен при использовании LabVIEW 8.5.1 NI Vision Assistant [1, 2, 13]. Изучены микроструктура
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
и магнитные характеристики полученных на-нокомпозитов кобальта (II), никеля (II) и железа [1, 2, 14]. Наибольшая коэрцитивная сила наблюдается у нанокомпозитов, полученных в результате термолиза кислого итаконата кобальта (1040 Э), кислого цитраконата никеля (102 Э) и смеси кислых итаконатов железа (119 Э). Ранее в работе [2] авторами было получено максимальное значение коэрцитивной силы для нанокомпозита на основе малеината кобальта равное 756 Э. Следует отметить, что в случае нанокомпозита, полученного фронтальной полимеризацией кобальтого акрила-мидного комплекса с последующим термолизом, значение коэрцитивной силы составляет 100 Э [15].
Для краткости здесь использованы следующие обозначения нанокомпозитов, полученных в результате термического разложения: малеи-нат кобальта - Со33, малеинат никеля - Ni33, малеинат железа - Fe13, цитраконат кобальта -Со23, цитраконат никеля - Ni23, цитраконат железа - Fe33, итаконат кобальта - Со13, итако-нат железа - Fe23.
Также для исследования влияния на рост микромицетов использованы такие наноча-стицы, потенциально интересные для использования в системах иммобилизации препаратов и характеризуемые относительной химической инертностью, как SiO2 (НИГТЦ ДВО РАН), обладающий размерами частиц 5-16 нм, с максимумом распределения 10 нм, углеродные многослойные нанотрубки (УНТ) с размерами внешнего диаметра 49-72 нм (Dealtom, НПП «Центр нанотехнологий») и в сравнении с ними - активированный уголь (АО «Фарм-стандарт»), растёртый до размеров микрометров, а также частицы Fe3O4 (рис. 1, б), синтезированные с общим уравнением реакции:
3FeSO4+3KNO3+3KOH
N2
Fe3O4+3K2SO4+3NH3+12H2O.
Для улучшения распределения частицы вводили в деионизированную воду до массовой доли 10-2, диспергировали ультразвуком в режиме 24 кГц мощностью 280 Вт в течение 5 мин, а затем полученные суспензии вводились в различной массовой навеске в горячие растворы сред Чапека и Сабуро, которые разливались по чашкам Петри в количестве
10 мл/чашку, остужались до застывания при 25 °С и затем засевались по 0,3 мл диспергированной в водно-солевом буфере культуры клеток микромицетов (ООО «БИОИН-НОВО»), разбавленной до содержания ~102 КОЕ/чашку. Выбранные для исследования концентрации частиц охватывают диапазоны токсичности наночастиц металлов, описанные в публикациях [16-19]. Использование более высоких концентраций нами не проводилось вследствие ухудшения загущения питательных сред, особенно с наночастицами SiO2, а также малове-роятности событий попадания их куда-либо в таком количестве.
На шестой день культивирования при 26 °С по баллу, пропорциональному площади зарастания чашек конидиями микромицетов и интенсивности их окраски, А - оценивали вторич-
г ' папо-г Г
ный рост культур относительно контрольной
группы А о1 - баллом относительного роста
в ■ (1): С0ПГ0 ~ папо-г у '
А„„„„,.
ßn,
А
(1).
control
Проверка влияния наночастиц на сорбцию внешней среды клетками грибов проводилась на жидких культурах Trichoderma asperellum с использованием трех различных красителей, обладающих характеристическими полосами поглощения в оптическом диапазоне и различной локализацией в клетках: родамина 6Ж, Нильского Красного и Janus Green B (Sigma-Aldrich). Навески наночастиц вводились во флаконы с жидкой культурой (ЖК) триходермы в различной концентрации, флаконы инкубировали при 25 °С при перемешивании 200 об/мин в течение часа, затем вводили красители. Через различные промежутки времени в том же режиме отбирали пробы ЖК, осаждали и промывали в режиме 206 g по 10 мин, аликвоту удаляли, а осадок клеток лизировали центрифугированием в режиме 29 703 g в течение 20 мин. Суперна-танты клеточных экстрактов разбавляли деи-онизированной водой в 20 раз и исследовали на спектрофотометре Shimadzu 3600 UV-Vis-NIR в диапазоне 350-750 нм для определения количества красителя по интенсивности его полосы поглощения.
THE PROBLEM OF ENSURING SAFETY IN THE USE OF NARCOTIC ANALGESICS IN THE RUSSIAN FEDERATION
Результаты
Данные относительной доли зарастания чашек (рис. 2, 3) усреднялись по всем экспериментам каждой концентрации пары наночасти-цы-микромицет и характеризовались баллом относительного роста по формуле 1 (табл. 1, 2). Для диапазонов концентраций 10-7-10-5 массовых долей большинства частиц вторичный рост был интенсивнее, чем в контроле для данного вида, и оценка роста превысила 1.
Для удобства обобщения, зависимости ростовых свойств от концентрации наночастиц представлены графически на рис. 4. Видно, что почти для каждого типа частиц, даже тех, которые проявляют ингибирующие свойства в высоких концентрациях, существуют на 1-2 порядка меньшие дозы, оказывающие обратный эффект - стимуляцию роста микромицетов интенсивнее обычного.
Из всех рассматриваемых продуктов термолиза карбоксилатов, на культурах Aspergillus niger, Fusarium oxysporum и Phytophthora
infedans наиболее широко были исследованы продукты термолиза малеинатов железа (Fe 13), никеля (Ni 33) и кобальта (Со 33). Влияние на рост Trichoderma asperellum было исследовано для всех типов частиц, что частично представлено в [13].
Оказалось, что в средах с продуктами термолиза малеината (Со 33), итаконата (Со13) и цитраконата кобальта (Со 23) при содержании 10-5 массовых долей и выше для Trichoderma asperellum, c продуктами термолиза малеинатов кобальта (Со 33) для Fusarium oxysporum и Phytophthora infedans, выживало существенно меньше засеянных КОЕ, чем в контроле, разрастания гифов и образования конидий не наблюдалось, с оценкой балла относительного роста от 0 до 0,3, что свидетельствовало о функциональных нарушениях и, следовательно, токсичности. Аналогичные эффекты были при концентрации в среде 10-3 продуктов термолиза малеинатов никеля (Ni 33) для Trichoderma asperellum, Fusarium oxysporum и Phytophthora infedans. При этом концентрации нанокомпо-
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Trichoderma asperellum
среда Сабуро (конидии не окрашиваются)
Углеродные нанотрубки
SiO2
Рис. 3. Пример вида чашек с Trichodermа а§реге11ит на 6-й день культивирования на среде Сабуро с наночастицами в концентрациях с обозначениями: (1) —10-5; (2) —10-6 массовых долей — в сопоставлении с контролем (К) без наночастиц.
зитов 10-7 - кобальта и 10-5 - никеля оказывали дополнительную стимуляцию роста. Для Aspergillus niger токсические эффекты проявились только с наночастицами в случае металло-полимерного нанокомпозита на основе малеи-ната (Со 33) кобальта и только при достижении их содержания 10-3 массовых долей в среде, ниже которого наблюдалось улучшение роста по сравнению с контролем. Для остальных исследованных наночастиц такие эффекты проявились в меньшей степени, ослаблен рост и спорообразование на средах с содержанием 10-4 доли других частиц.
Таким образом, в наших экспериментах все типы наночастиц ухудшали вторичный рост ми-кромицетов в концентрациях 10-4 и усиливали в диапазоне 10-7-10-5 массовых долей. И только на средах с частицами активированного угля, использованного в качестве контроля для угле-
178
родных нанотрубок на предмет самостоятельной питательной ценности, улучшений роста не наблюдалось.
Чтобы проверить влияние наночастиц на процессы обмена веществом между клетками гриба и внешней средой, было проведено жидкостное культивирование Trichoderma asperellum в средах с различными навесками исследуемых наночастиц и красителей различного типа цитологического распределения. Часть результатов анонсировано в [8], пример с поглощением Janus Green отображен на рис. 5.
Первые часы культивирования поглощения красителей из культуральной жидкости в присутствии наночастиц меньше либо близко к контролю, но при дальнейшей инкубации динамика сорбции в присутствии наночастиц уже не имела однозначной тенденции качественного различия с контролем, и в целом можно утверж-
THE PROBLEM OF ENSURING SAFETY IN THE USE OF NARCOTIC ANALGESICS IN THE RUSSIAN FEDERATION
Таблица 1 Баллы относительного роста микромицетов на средах с металлополимерными нанокомпозитами
Тип частиц Логарифм массовой доли Fusarium oxysporum Aspergillus niger Phytophthora infedans Trichoderma asperellum
Ni 33 -3 0 1,2 0,4 0,5
-4 0,3 i 0,9 1,5
-5 0,8 1,1 1,8 1,1
-6 1,7 i 1,2 1,2
-7 i 0,9 1,2 1,1
0 i i 1 1
ta 33 -3 0 0 0 0
-4 0,1 i 0,2 0,1
-5 0,2 1,2 0,3 1,1
-6 0,3 1,1 0,4 1,2
-7 1,5 1,2 1,2 0,9
0 i i 1 1
Fe 13 -3 1,3 1,3 1,5 0,5
-4 0,8 i 1,2 0,7
-5 1,2 i 1,2 1,1
-6 0,8 1,1 0,8 1
-7 1,5 1,3 1,3 1
0 i i 1 1
дать об отсутствии соответствия между влиянием наночастиц на ростовые свойства и темпами поглощения красителей клетками микромицета из культуральной среды при этом.
Совокупность данных сорбции, не согласующихся с активностью роста на агаровых сре-
дах с теми же частицами, указывает на многофакторность процессов влияния наночастиц на рост микромицетов. Мы полагаем, что причины наблюдаемого усиления вторичного роста могут заключаться в стрессовой мобилизации клеток, состоящей в повышенной продукции
Таблица 2
Относительная (к контролю) интенсивность вторичного роста Trichoderma asperellum на среде с различными наночастицами
Тип частиц Обозначение Средний размер Концентрация в среде, логарифм массовой доли
частиц частиц, нм -4 -5 -6 -7
Магнетит (МНЧ) FesO4 60 0,9 1,1 1,8 1
Продукты термолиза:
итаконата железа Fe 23 7,5 0,8 1 0,9 1
цитраконата железа Fe 33 4,2 0,9 1 1,1 1,2
итаконата кобальта Co 13 3,5 0,1 0, 6 0,9 1,2
цитраконата кобальта Co 23 4,3 0 0,5 1,1 0,9
цитраконата никеля Ni 23 4,9 0,7 0,9 1,1 1,1
Гидротермальный кремнезём SiO2 10 0,8 1,1 1,2 1,2
Углеродные нанотрубки УНТ 60 0,8 0,9 1,1 1,2
Активированный уголь АУ 1500 0,7 0,8 0,9 1
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Со 33
Fusarium oxysporum + Со 33 ■ Aspergillus niger + Со 33 Phytophthora irifestans + Co 33 Trichoderma asperellum + Co 33
-9 -8 -7 -6 -5 -4 Логарифм массовой доли
2 n
л лро
2 1,8 1,6 1,4 1,2 1
0,8
0,6
0,4
0,2
0 -11
Fe 13
Fusarium oxysporum + Fe 13 ■Aspergillus niger + Fe 13 Phytophthora infestans + Fe 13 Trichoderma asperellum + Fe 13
—I—I—[—I—I—I—■—I—I—г—■—1—I—1—I—I—I
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 Логарифм массовой доли
а
к Б
S о
Ï 2 <Р -û Ё -Û ^ о h
ш
о о ш
§ Ï s
Г) Ф
2 1,8 1,6 1,4 1,2 1
0,8 0,6 0,4 0,2 0 -11
Ni 33
Fusarium oxysporum + Ni 33 ■Aspergillus niger + Ni 33 Phytophthora infestans + Ni 33 Trichoderma asperellum + Ni 33
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 Логарифм массовой доли
а 2
1с 1,8
к а X 9 о р 1,6
ло g а ■U Ö о 1,4 1,2
Р -L в и 1
и ^ iE * с I 0,8
О 1- 0,6
I и 0,4
0,2
0
Trichoderma asperellum с другими наночастицами
Fe3O4 Fe 23 Fe 33 Co 13 Co 23 Ni 23 Si02 УНТ АУ
-8 -7 -6 -5 -4 Логарифм массовой доли
Рис. 4. Графическое представление относительной интенсивности роста микромицетов на средах с различным содержанием наночастиц.
180-
Смирнова О.Д., Паламарчук К.В., Калашникова И.В., Бокарева Д.А.,
Мусатова В.Ю., Семенов С.А., Нугманова Т.А., Калашникова А.Н.
THE PROBLEM OF ENSURING SAFETY IN THE USE OF NARCOTIC ANALGESICS IN THE RUSSIAN FEDERATION
0,38-i
2 3
Время культивирования, сут
— ЖК1 УНТ 10-4
— ЖК2УНТ10-5 -«- ЖКЗ SiOz ю-4
ЖК4 Si0210-5
ЖК5 СоЗЗ 10"4
-о- ЖК6 СоЗЗ 10"5
-я- ЖК7 Fe304 10"4
-■- ЖК8 Fe304 10"5
О ЖК9 Со 13 10~4
ЖК10 Со13 10"5
- ЖК11 контроль
ЖК12 активированный уголь 10~4
Рис. 5. Динамика содержания красителя Janus Green в экстракте клеток Trichoderma asperellum, в результате поглощения из культуральной жидкости, после введения 1,5 • 10 5 массовых долей
красителя в среду с различными частицами.
0
1
4
белков теплового шока, в результате ответа на повышенное содержание свободных радикалов, которые могут образовываться на границах наночастиц [16-18], а также в ответ на инги-бирование каких-либо клеточных ферментов. Гипотеза стрессовой мобилизации согласуется с обратным эффектом при высоких концентрациях наночастиц, когда реакцией на высокое содержание свободных радикалов уже является апоптоз.
Заключение
Среди всех нанокомпозитов, полученных термическим разложением карбоксилатов кобальта, никеля и железа, токсические в отношении микромицетов эффекты выявлены для частиц, полученных термическим разложением представленных в исследовании ненасыщенных дикарбоксилатов кобальта, при концентрациях в среде порядка 10-4 массовых долей и выше. В отношении Aspergillus niger токсические эффекты обнаружены только при достижении содержания металлополимерного нанокомпо-зита на основе малеината кобальта 10-3 массовых долей в среде. Нанокомпозиты, полученные термическим разложением малеината ни-
келя проявили токсические эффекты только в отношении Fusarium oxysporum - при достижении содержания частиц 10-4 массовых долей, и Phytophthora infe^ans и Trichoderma asperellum -при достижении содержания частиц 10-3 массовых долей в среде. Остальные исследованные наночастицы слабо угнетают рост микромицетов в исследованном диапазоне концентраций. При этом все рассмотренные типы наночастиц неспецифически усиливали вторичный рост микромицетов в концентрационном диапазоне порядка 10-7-10-5 массовых долей. Гипотеза о стимуляции наночастицами более интенсивного поглощения веществ из окружающей среды не подтвердилась, более того, на малых сроках инкубации с наночастицами поглощение красителей из внешней среды клетками грибов уменьшается. Процессы, стимулирующие усиление роста микромицетов при нетоксичных концентрациях, однозначно не выявлены и, возможно, являются стрессовой мобилизацией клеток.
Обобщая наблюдаемые эффекты, уместно вспомнить современное изложение знаменитого высказывания Парацельса: «Всё есть яд, и всё есть лекарство, - одна только доза делает
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
вещество или ядом или лекарством». Справедливо это и для влияния наночастиц на микроорганизмы. Поэтому бесконтрольное использование наночастиц, даже как антимикробного агента, при разбавлении в окружающей среде способно оказывать обратный эффект, стимулируя более активный рост микроорганизмов, более того, отдельных патогенных видов, что способно серьёзно изменить биоценоз в непредсказуемую сторону. При этом воздействие регулируемыми дозами наночастиц на хорошо известное видовое разнообразие в некоторых случаях может стимулировать рост нужных видов микроорганизмов.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-53-34007.
ЛИТЕРАТУРА
(п.п. 3-6, 8-9, 14-15 см. в REFERENCES)
1. Мусатова В.Ю., Семенов С.А., Дробот Д.В. и др. Синтез и термические превращения ненасыщенных дикарбоксилатов никеля (II) - прекурсоров металлополимерных нанокомпозитов. Журнал неорганической химии. 2016; 61: 1168-81. (см. в References).
2. Семенов С.А., Дробот Д.В., Мусатова В.Ю. и др. Синтез и термические превращения ненасыщенных дикарбоксилатов кобальта (II) - прекурсоров металлополимерных нанокомпозитов. Журнал неорганической химии. 2015; 60: 991-1000. (см. в References).
7. Чук Ф.Т., Колева М., Михайлова С. Методы количественного определения микрокапсулированных фумарата железа, аскорбиновой и фолиевой кислот в твердых желатиновых капсулах. Фармация. 1988;. 38: 16-20.
10. Паламарчук К.В., Артемов В.В., Букреева Т.В. Микрокапсулы на основе эмульсий Пикеринга и полиэлектролитных слоев для биомедицинских применений. Российские нанотехнологии. 2018; 13(3-4): 92-7. (см. в References).
11. Паламарчук К.В., Бородина Т.Н., Букреева Т.В. Капсулы на основе хитозана для включения витамина Е. Известия Уфимского научного центра РАН. 2018; 3(3): 85-9.
12. Смирнова О.Д., Паламарчук К.В., Калашникова И.В. и др. Улучшение десорбции фурокумаринов в водный раствор после иммобилизации на СаСО3 с наночастицами магнетита. Сборник материалов международного форума «Биотехнологии: состояние и перспективы развития. Науки о жизни». 2018: 320-21. (см. в References).
13. Смирнова О.Д., Паламарчук К.В., Калашникова И.В. и др. Влияние наночастиц на рост микромицетов на
примере Trichoderma asperellum. Российские нанотехнологии. 2018; 13(3-4): 205-10.
16. Абраменко Н.Б. Исследование и моделирование токсического действия наночастиц серебра на гидро-бионтах. Диссертация кандидата химических наук, Москва, 2017. электронный ресурс: http://www.chem. msu.ru/rus/theses/2017/2017-01-11 -abramenko/fulltext. pdf (дата обращения 26.10.2018)
17. Ткаченко Т.В., Безрядина А.С. Наночастицы как актуальное направление исследований. Международный студенческий научный вестник. Биологические науки. 2017; 4: 619-621.
18. Фастовец И.А., Верховцева Н.В., Пашкевич Е.Б., Нетрусов А.И. Наночастицы серебра: токсическое действие на микроорганизмы и взаимодействие с высшими растениями. Проблемы агрохимии и экологии, 2017; 1: 51-62.
19. Чилочи А., Тюрина Ж., Лаблюк С. и др. Влияние на-но окислов некоторых металлов на биосинтез внеклеточных гидролаз микромицетов. Buletinul A§M. §tiin{ele viefti. (Известия Академии Наук Молдовы. Науки о жизни). 2016; 3(330): 164-71.
REFERENCES
1. Musatova V.Yu., Semenov S.A., Drobot D.V. et al. Synthesis and thermal conversions of unsaturated nickel (II) dicarboxylates as precursors of metallopolymer nanocomposites. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2016; 61: 1111-24.
2. Semenov S.A., Drobot D.V., Musatova VYu. et al. Synthesis and thermal conversions of unsaturated cobaltl(II) dicarboxylates as precursors of metallopolymer nanocomposites. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2015; 60: 897-905.
3. Musatova V.Yu., Semenov S.A., Drobot D.V. et al. Book of abstracts of 8th International IUPAC Symposium «Macro- and Supramolecular Architectures and Materials: Multifunctional Materials and Structures» (MAM-17). Moscow: Publishing House of I. M. Sechenov Fitst MSMU; 2017: 60.
4. Frost R.L., Martens W., Adebajo M.O. Synthesis of the mixed oxide catalysts based upon the nickel-copper hydro-talcites of the type NixCu«.xCr2(OH)16(CO3) • 4H2O. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2005; 81: 351-5.
5. Li Y., Yang X.-Y., Feng Y. et al. One-Dimensional Metal Oxide Nanotubes, Nanowires, Nanoribbons, and Nanorods: Synthesis, Characterizations, Properties and Applications. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2012; 37: 1-74.
6. Malik A.-S., Duncan M.J., Bruce P.G. Mesostructured iron and manganese oxides. Journal of Materials Chemistry. 2003; 13: 2123-6.
7. Chuk F.T., Koleva M., Mikhailova S. Methods of quantitative determination of microencapsulated iron fuma-rate, ascorbic and Polevoy acids in hard gelatin capsules. Pharmatsiya. 1988; 38: 16-20. (in Russian)
THE PROBLEM OF ENSURING SAFETY IN THE USE OF NARCOTIC ANALGESICS IN THE RUSSIAN FEDERATION
8. Alam K. M., Kaniz, F. M., Gulzar, A. Studies on the production of fumaric acid and ferrous fumarate. Pakistan Journal of Scientific and Industrial Research. 1987; 30: 707-9.
9. Ali Mohamed A.Y. Studies on the bacterial activity of cobalt(III) complexes. Part III. cobalt(III) carboxylate complexes. Journal of Coordination Chemistry. 1993; 29: 233-46.
10. Palamarchuk K.V., Artemov V.V, Bukreeva T.V. Microcapsules layers for biomedical applications. Nanotech-nologies in Russia. 2018; 13(3-4): 199-204.
11. Palamarchuk K.V., Borodina T.N., Bukreeva T.V. Chitosan-based capsules for entrapment of vitamin E. Proceedings of the Ufa scientific center of RAS. 2018, 3(3): 85-9. (in Russian)
12. Smirnova O.D., Palamarchuk K.V, Kalashnikova I.V, et. al. Improvement of the desorption of furocoumarins in the aqueous solution after immobilization in CaCO3 with lysozyme and nanoparticles of magnetite. Proceedings of the international forum "Biotechnology: state and prospects of development. Life science." [Sbornik materialov mezhdunarodnogo foruma "Biotekhnologii: sostoyanie i perspektivy razvitiya. Nauki o zhizni"]. 2018: 320-1.
13. Smirnova O.D., Palamarchuk K.V, Kalashnikova I.V, et.al. Nanoparticles effect on the growth of micromyce-tes on the example of Trichoderma asperellum. Nano-technologies in Russia. 2018; 13(3-4): 205-10.
14. Musatova V, Semenov S., Drobot D., Dzhardimalieva G.
Book of abstracts International Baltic conference on magnetism: focus on functionalized magnetic structures for energy and biotechnology. (IBCM 2017): 133.
15. Morgunov R.B., Dmitriev A.I, Dzhardimalieva G.I. et al. Ferromagnetic resonance of cobalt nanoparticles in the polymer shell. Physics of the Solid State. 2007; 49: 1507-13.
16. Abramenko N. Research and modeling of the toxic effect of silver nanoparticles on hydrobionts. PhD Thesis, Moscow, 2017. electronic resource: http://www.chem. msu.ru/rus/theses/2017/2017-01-11-abramenko/fulltext. pdf (accessed 26.10.2018). (in Russian)
17. Tkachenko T.V., Bezryadin A.S. Nanoparticles as a topical area of research. The international student scientific Bulletin. Biologicheskie nauki. 2017; 4: 619-21. (in Russian)
18. Fastovets I.A., Verkhovtseva N.V., Pashkevich E.B., Netrusov A.I. Silver nanoparticles: toxic effect on microorganisms and the interaction with higher plants.
Problems of Agrochemistry and ecology. 2017; 1: 51-62. (in Russian)
19. Chiloci A, Turina J., Labliuc S. at. al. Effect of nano oxides of some metals on the biosynthesis of extracellular hydrolases of micromycetes. Buletinul A§M. §tiin^ele vietii. (News of the Academy of Sciences of Moldova. Life science). 2016; 3(330): 164-71. (in Russian)
Поступила 05.02.2019 Принята в печать 21.02.2019
