Бактерии-«светлячки» научились делать наночастицы селена

Селен — это жизненно важный для человека микроэлемент, поддерживающий работу иммунной системы и щитовидной железы. Он оказывает лечебное действие при гепатитах, панкреатитах, заболеваниях кожи и лор-органов. При недостатке селена у человека развивается дистрофия печени и почек, нарушается рост костей, у детей возможна задержка психомоторного развития. Однако в больших количествах соединения селена (селениты и селенаты) могут быть токсичным для живых организмов. Поэтому в регионах, где содержание этого элемента в воде и почве повышено (например, север Красноярского края, Якутия, Средний Урал), важно проводить мониторинг содержания таких соединений в различных природных средах.

Учёные Сибирского федерального университета провели ряд экспериментов и показали, что биолюминесцентные бактерии (Photobacterium phosphoreum) отлично подходят для биомониторинга воды, содержащей соединения селена. Яркое свечение бактерий гаснет в присутствии этого элемента в избыточной концентрации, сигнализируя об опасности. В то же время, биолюминесцентные бактерии хорошо справляются с задачей извлечения избытков селенитов и селенатов из воды, «поедая» эти соединения и восстанавливая их до безопасной формы — элементарного селена. Необычной находкой в ходе эксперимента стала обнаруженная у бактерий-«светлячков» способность утилизировать излишки соединений селена в форме наночастиц.

«В России есть регионы, где естественным образом превышено содержание токсичных соединений селена — они есть в воде, почвах и горных породах. Также водорастворимые соединения селена часто попадают в окружающую среду из-за антропогенных факторов — например, добычи полезных ископаемых. Когда в водоёме возникает подобный избыток, в работу включаются бактерии — они умеют переводить эти соединения в безопасную форму и „упаковывать“ аморфный селен в виде наночастиц. Можно сказать, что биолюминесцентные бактерии начинают производить эти наночастицы в экстремальных для себя условиях, когда избыток селенитов и селенатов в среде обитания начинает угрожать их существованию», — рассказала доктор физико-математических наук, профессор кафедры биофизики СФУ Надежда Кудряшева.

Учёный отметила, что наночастицы, синтезированные бактерией Photobacterium phosphoreum, могут широко применяться для производства полупроводников, в медицине и косметологии (как основа для противоопухолевых, антимикробных препаратов), а также могут стать надёжными радиопротекторами, защищающими организм от радиоактивных элементов. Кроме того, наночастицы селена удобны как носитель для адресной доставки лекарственных средств — на них легко закреплять лечебные молекулы, а сам селен высоко совместим с организмом человека и не вызывает аллергической реакции.

В планах исследователей — проверить способность биолюминесцентных бактерий синтезировать наночастицы железа.

«Есть такое явление как ферроптоз — программируемая гибель клеток в присутствии железа. Если биолюминесцентные бактерии покажут способность производить наночастицы этого металла, это поспособствует изучению возможностей разрушения раковых клеток с помощью железа», — отметила Надежда Кудряшева.

Говоря о предстоящих исследованиях, учёные сослались на недавнюю работу, в которой рассмотрели цитотоксическую активность железосодержащих частиц Fe3O4-MOF и их компонентов. Светящиеся морские бактерии Photobacterium phosphoreum использовались в качестве модельной системы для мониторинга эффектов, которые оказывают эти наночастицы на живые организмы.

Исследование проводится при поддержке гранта РНФ № 24-24-20001 и Красноярского краевого фонда науки.