Экотоксичность: С наночастицами серебра всё в порядке?

Долгое время было известно, что в форме свободных ионов серебро может быть высокотоксично для водных организмов. Однако до сих пор не хватает детальных знаний о дозах, необходимых для запуска реакции, и о том, как организмы справляются с таким стрессом. Чтобы больше узнать о клеточных процессах, учёные из Института водных исследований Eawag подвергли водоросли воздействию различных концентраций серебра.

Раньше серебро в основном попадало в окружающую среду вблизи серебряных рудников или со сточными водами фотоиндустрии. В последнее время наночастицы серебра стали обычным компонентом во многих областях — в косметике, упаковке для пищевых продуктов, дезинфицирующих средствах и функциональной одежде. Хотя недавнее исследование Швейцарского национального научного фонда показало, что большая часть наночастиц серебра задерживается на очистных сооружениях, о стойкости и воздействии остаточного наносеребра в окружающей среде известно мало.

Скрытое проникновение в энергетический метаболизм

Смитта Пиллай из отдела экотоксикологии Eawag и её коллеги из EPFL и ETH Zürich изучили влияние различных концентраций ионов серебра в воде на клетки зелёной водоросли Chlamydomonas reinhardtii. Серебро химически очень похоже на медь — важный металл, необходимый для работы нескольких ферментов. Благодаря этому сходству серебро может использовать клеточные механизмы транспорта меди и скрытно проникать в клетки. Это объясняет, почему уже через короткое время концентрации серебра во внутриклеточной жидкости могут достигать значений, в тысячу раз превышающих концентрации в окружающей среде.

Быстрая реакция

Поскольку серебро повреждает ключевые ферменты, участвующие в энергетическом метаболизме, даже низкие концентрации могут снизить скорость фотосинтеза и роста вдвое всего за 15 минут. За тот же период исследователи также обнаружили изменения в активности около 1000 других генов и белков, что они интерпретировали как реакцию на стресс — попытку восстановить ущерб, вызванный серебром. При низких концентрациях фотосинтетический аппарат клеток восстанавливался в течение пяти часов, а механизмы восстановления были достаточны, чтобы справиться со всеми, кроме самых высоких испытанных концентраций.

Ряд нерешённых вопросов

На первый взгляд, результаты обнадёживают, поскольку концентрации серебра, которым подвергаются водоросли в окружающей среде, редко бывают такими высокими, как в лаборатории, что позволяет им быстро восстановиться — по крайней мере, внешне. Но эксперименты также показали, что даже низкие концентрации серебра оказывают значительное влияние на внутриклеточные процессы и что водоросли направляют свою энергию на устранение полученных повреждений. Это может стать проблемой, когда параллельно действуют другие стрессоры, такие как повышенное УФ-излучение или другие химические соединения. Более того, до сих пор неизвестно, есть ли у клеток активный механизм для выведения серебра. При отсутствии такого механизма серебро может оказать негативное воздействие на высшие организмы, учитывая, что водоросли находятся в основании пищевой цепи.