Исследование перемещения наноматериалов в простой модели пищевой цепи

Новое исследование в Nature Nanotechnology показывает, что хотя искусственные наноматериалы могут передаваться на низших уровнях пищевой цепи от одноклеточных организмов к многоклеточным, количество переданного материала было относительно низким, и не было доказательств концентрирования наноматериалов в организмах более высокого уровня. Предварительные результаты, полученные исследователями из Национального института стандартов и технологий (NIST), позволяют предположить, что изучаемые наноматериалы могут не накапливаться в беспозвоночных пищевых цепях.

Те же свойства, которые делают искусственные наночастицы привлекательными для множества применений — биологическая и экологическая стабильность, малый размер, растворимость в водных растворах и отсутствие токсичности для целых организмов — также вызывают опасения по поводу их долгосрочного воздействия на окружающую среду.

Исследователи NIST хотели определить, могут ли наночастицы передаваться по модели пищевой цепи, и если да, то приводит ли этот перенос к значительному бионакоплению (увеличению концентрации вещества в организме с течением времени) и биомагнификации (прогрессирующему накоплению вещества в организме хищника после поедания загрязненной добычи).

В своем исследовании команда NIST изучила накопление с пищей, выведение и токсичность двух типов флуоресцентных квантовых точек, используя простую лабораторную пищевую цепь с двумя микроскопическими водными организмами — одноклеточной инфузорией Tetrahymena pyriformis и питающимся ею коловратом Brachionus calyciflorus. Процесс перехода материала с разных уровней пищевой цепи от жертвы к хищнику называется «трофическим переносом».

Квантовые точки — это наночастицы, созданные для интенсивной флуоресценции на определенных длинах волн. Их изучают для различных целей, включая легко обнаруживаемые метки для медицинской диагностики и терапии. Их флуоресценция использовалась для обнаружения присутствия квантовых точек в двух микроорганизмах.

Исследователи обнаружили, что оба типа квантовых точек легко поглощались T. pyriformis и сохраняли свою флуоресценцию даже после того, как содержащие их инфузории были съедены коловратами более высокого трофического уровня. Это наблюдение помогло установить, что квантовые точки передавались по пищевой цепи как интактные наночастицы и что пищевое потребление — один из способов такого переноса. Исследователи отметили, что «следует, однако, проявлять некоторую осторожность при экстраполяции наших лабораторных результатов на природную среду».

«Наши результаты показали, что хотя трофический перенос квантовых точек в этой простой пищевой цепи действительно происходил, они не накапливались в организме более высокого из двух уровней», — говорит ведущий автор Дэвид Холбрук. — «Хотя это позволяет предположить, что квантовые точки могут не представлять значительного риска накопления в пищевых цепях водных беспозвоночных в природе, для уверенности необходимы дополнительные исследования, выходящие за рамки простых лабораторных экспериментов, и более точные средства количественного определения перенесенных наночастиц в природных системах».