Ученые из Красноярска и Иркутска выяснили, вредны ли для живых организмов различные типы поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые содержатся во многих чистящих средствах. Предложенный ими метод биолюминесцентного анализа позволил за короткое время выявить потенциальную токсичность трех изученных ПАВ для живых систем и продемонстрировал более высокую чувствительность, чем другие биоанализы.
Поверхностно-активные вещества широко используются в индустрии бытовых моющих средств — как компоненты стиральных порошков, жидкостей для мытья посуды и автомобилей. Также активно они применяются в промышленности и медицине.
Ученые подведомственного Минобрнауки России Сибирского федерального университета (СФУ) в составе научного коллектива применили ферментную систему, состоящую из характерных для живых существ ферментов редуктазы и люциферазы, чтобы выяснить, какое влияние на клетки оказывают ПАВ, в частности катионный бромид цетилтриметиламмония (CTAB), неионный полиоксиэтилен 20 сорбитан моноолеат (Tween 80) и анионный лаурилсульфат натрия (SLS).
В качестве индикаторов они использовали простейшие живые организмы — бактерии и выделенные из них ферменты. С их помощью ученые узнали, как влияют самые распространенные ПАВ на их активность.
ПАВ: анионный лаурилсульфат натрия (SLS)
По словам исследователя, эксперимент подтвердил подозрения в отношении лаурилсульфата натрия. Это ПАВ, создающее пену при использовании шампуней и зубной пасты, оказало наиболее заметное влияние на ферментную систему — ее свечение, яркое в норме, заметно угасло при воздействии «косметической» добавки. Вместе с тем концентрации ПАВ, с которыми экспериментировали ученые, были достаточно невелики (от 0,5 до 4 мг/л), а значит, наблюдавшийся эффект говорит о токсическом эффекте лаурилсульфата натрия для живых организмов.
«Мы специально не доводили концентрацию изучаемых ПАВ до стадии мицеллообразования, когда уже формируется пленка на поверхности раствора — все же в быту любые моющие средства значительно разбавляются водой. Хотелось узнать, как ведут себя ПАВы в таких «бытовых» количествах, поскольку они попадают через систему водоотведения в речные артерии и озера, где, вероятно, оказывают влияние на местные экосистемы и качество питьевой воды», — сказала соавтор исследования, старший научный сотрудник лаборатории биолюминесцентных биотехнологий СФУ Ирина Торгашина.
ПАВ: катионный бромид цетилтриметиламмония (CTAB) и неионный полиоксиэтилен 20 сорбитан моноолеат (Tween 80)
Кроме эффекта, который оказывают ПАВ на живые системы, ученые решили оценить эффективность ферментной системы редуктаза — люцифераза (Red + Luc) в качестве индикатора возможной токсичности. Оказалось, что анализ с ее помощью занимает всего 2–3 минуты и имеет более высокую чувствительность, чем другие биоанализы в токсикологических методах.
Так, биолюминесцентный анализ на основе ингибирования («погашения») светящихся ферментов может использоваться в качестве передового исследовательского инструмента для оценки токсичности поверхностно-активных веществ на молекулярном уровне.
«Предложенный нами метод анализа дешевый, быстрый и не требует сложного оборудования. С его помощью легко обнаружить токсическое повреждающее влияние поверхностно-активных веществ на организм, однако не стоит ждать от него развернутых ответов, что именно происходит с белками и живыми клетками — это предстоит выяснять в дальнейшем. А вот, к примеру, полиоксиэтилен 20 сорбитан моноолеат (Tween 80) по итогам проведенного тестирования не оказал видимого воздействия ни на бактерии, ни на ферментную систему. Скорее всего, он в «бытовых» дозах не особо токсичен», — сообщили специалисты.
Tween 80 применяется в составе косметических средств в качестве эмульгатора и стабилизатора, CTAB также используется в косметических средствах в качестве, например, консерванта. CTAB имел незначительное действие при низких концентрациях.
Результаты исследования, по словам экспертов, требуют дальнейших уточнений и на сегодняшний день вряд ли могут стать основанием для полного отказа от, например лаурилсульфата натрия. Однако полученная информация — повод для углубленного изучения веществ, «гасящих» биолюминесцентные тест-системы.
В научном исследовании участвовали сотрудники СФУ, Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН, Института биофизики СО РАН, Иркутского государственного университета.
Исследование поддержано Минобрнауки России, научная статья опубликована в одном из международных журналов.