Ученые Передовой инженерной школы «Агробиотек» Томского государственного университета провели компьютерное моделирование наночастиц оксида цинка — именно такие частицы размером 1,5–2,5 нанометра образуются при подводной сварке. Расчеты на суперкомпьютере ТГУ доказали, что эти наночастицы поражают клетки печени. Исследование проводили ученые ПИШ «Агробиотек» и научных центров Сибири и Дальнего Востока. Результаты опубликованы в журнале BioNanoScience (Q3).
Подводная сварка используется в строительстве платформ, буровых вышек и дамб на глубине. Во время соединения металлоконструкций образуется дым с токсичными наночастицами, которые примерно в 25 000 раз тоньше человеческого волоса. Одна из таких частиц — ZnO (оксид цинка).
Обычные методы анализа не позволяют предсказать, как наночастицы ведут себя в соленой водной среде, так как на это влияет большое количество факторов: внешние условия, многообразие форм, размеров и состава частиц. Поэтому нельзя оценить их влияние на экосистему, живые организмы, морепродукты и здоровье человека.
Ученые ПИШ «Агробиотек» использовали в исследовании компьютерное моделирование. Оно является единственным способом проектирования реакций на уровне зарядов, так как наночастицы и белки взаимодействуют друг с другом с помощью электростатики.
— Мы выяснили, что частицы ZnO размеров 1,5–2 нанометра являются цитотоксическими, поэтому необходимо продолжать исследование в области изучения влияния техногенных наночастиц, так как объем их выбросов увеличивается ежегодно на 5% в связи с постоянным ростом спроса на наноматериалы, — говорит один из авторов статьи, доктор биологических наук, и.о. директора ПИШ «Агробиотек» ТГУ Кирилл Голохваст.
Для работы был выбран Суперкомпьютер ТГУ «СКИФ Cyberia», который выполняет 239 триллионов операций в секунду и занимает 36 место в списке самых мощных вычислительных систем в России. Такая мощность позволила ученым не только создать разные модели мельчайших частиц, но и оценить, как они влияют на печень. Этот орган выполняет роль фильтра, и в случае попадания наночастиц в организм удар на себя примет именно она.
Исследование показало, что нано-ZnO реагирует с ферментами в организме человека — альдолазой B, гликолят-оксидазой, кининогеном-1 и ретинол-дегидрогеназой. Это может приводить к нарушению метаболизма, связанного с циклом Кребса: разрушения сложных веществ, поступающих в организм, до более простых и создание из них других веществ.
— Также наночастицы оксида цинка могут ухудшать вазодилатацию (расширение мелких кровеносных сосудов для пропуска лимфоцитов при травме или заболевании), то есть замедлять противовоспалительные реакции организма, — объяснил ученый.
Междисциплинарное исследование проводили специалисты институтов разного профиля: Сибирского федерального исследовательского центра агробиотехнологий РАН (Новосибирск), Всероссийского научно-исследовательского института сои (Благовещенск), Амурской государственной медицинской академии (Благовещенск), Дальневосточного геологического института ДВО РАН (Владивосток); а также ученые трех университетов: ПИШ «Агробиотек» НИ ТГУ (Томск), ДВФУ (Владивосток) и СПбПУ (Санкт-Петербург).
Ссылка на статью:
https://link.springer.com/article/10.1007/s12668-024-01665-w