Нанотехнология - это новый исследовательский подход, который включает в себя набор методов для производства и модификации материалов в нанометровом масштабе.
Головокружительное развитие нанотехнологий в последние годы позволило связать их со многими различными областями науки, такими как медицина, стоматология, фармацевтика, сельское хозяйство, охрана окружающей среды, электроника, оптика и химия.
Такое массовое использование наночастиц для потребительских и промышленных целей обусловлено их уникальными физико-химическими и биологическими свойствами по сравнению с другими обычными материалами. Однако запуск продуктов, содержащих наночастицы в своем составе, предполагает возможность их выброса в окружающую среду и, как следствие, непредсказуемое воздействие на микроорганизмы, растения, животных и человека.
Свойства и механизм действия наночастиц
Оказывают ли наночастицы негативное влияние на микроорганизмы из-за ряда уникальных свойств? Многие исследования показывают, что они не равнодушны к живым организмам и могут оказывать токсическое действие. Высокая стабильность, долговечность наночастиц и их низкая биоразлагаемость могут дополнительно способствовать потенциально токсическому воздействию на живые организмы.
Взаимодействие наночастиц можно определить по их простейшим признакам, таким как размер и форма. Чем меньше размер наночастиц, тем легче они попадают в бактериальные клетки. Предполагается, что наночастицы размером до 5 нм могут свободно проходить через бактериальные оболочки. Это связано с размером пор в бактериальной мембране 5 нм.
Многочисленные исследования показали, что форма наночастиц оказывает основное влияние на активность. В зависимости от формы они могут проявлять разную степень токсичности. Предполагается, что наноструктуры с неровными поверхностями и неправильной формы являются наиболее биологически и химически реактивными. Например, исследования, проведенные корейскими учеными, показывают, что наиболее токсичными для кишечной палочки были наночастицы серебра (AgNP) в форме треугольника по сравнению со сферическими наночастицами и нанопроводами.
Механизмы действия таких наноструктур на бактериальные клетки различны. Они могут вызвать нарушение целостности клеточной мембраны, утечку цитоплазмы, повреждение внутриклеточных структур, генетического материала и ферментного аппарата.
Тем не менее, мало исследований по генотоксичности наночастиц и их потенциальной мутагенной активности. Имеющаяся информация показывает, что наночастицы и их ионы могут ингибировать репликацию ДНК и нарушать экспрессию генетической информации в клетке.
Другим механизмом антимикробного действия наноструктур, например ZnO и TiO2, является образование активных форм кислорода ROS (супероксид-анион, алкокси-радикал, пероксид водорода, гидроксильный радикал, синглетный кислород и индукция окислительного стресса).
Выделение токсичных ионов тяжелых металлов является еще одним механизмом антибактериального действия наночастиц на микроорганизмы. Наличие свободных ионов металлов в клетках может привести к потере каталитической активности ферментных белков.
Наночастицы могут быть эффективным средством (с широким спектром активности) в борьбе с микроорганизмами.
Они могут оказаться решением для борьбы с патогенными микроорганизмами. Будущие исследования, безусловно, развеют любые сомнения относительно их эффективности и потенциального риска для других организмов.
Внедрение наночастиц в экосистемы
Однако широкое использование наночастиц в повседневных продуктах и промышленных технологиях может рассматриваться как опасное, поскольку оно приводит к их систематическому высвобождению в различные экосистемы, в частности в почву, где они могут представлять угрозу для нецелевых микроорганизмов.
Несмотря на попытки оценить риск, связанный с введением наночастиц в окружающую среду и их токсичность для живых организмов, они все еще не полностью определены. В настоящее время уровень внедрения новых продуктов на рынке с добавлением наночастиц превышает набор доступной информации о регулировании и их потенциальной токсичности.
В то же время следует иметь в виду, что каждая наноструктура должна рассматриваться отдельно, поскольку каждая обладает своими специфическими свойствами и может иметь разные механизмы действия.
Перевешивает ли неизвестный риск производства наночастиц их установленные преимущества для промышленности и потребительских товаров? Несомненно, дальнейшие исследования в области нанотоксикологии ответят на этот вопрос и привнесут ответственное развитие нанотехнологий.
