Нанотехнологии: тупик для растительных клеток?

Использование частиц размером в 1/100 000 толщины человеческого волоса для доставки лекарств в клетки или помощи растениям в борьбе с вредителями может звучать как научная фантастика, но такие сценарии могут стать обычным делом в ближайшем будущем.

Углеродные нанотрубки — цилиндрические молекулы углерода диаметром около 1 нанометра — имеют множество потенциальных применений в различных областях, таких как биомедицинская инженерия и медицинская химия. Белки, нуклеиновые кислоты и лекарства могут быть присоединены к этим нанотрубкам и доставлены в клетки и органы. Их также можно использовать для распознавания и борьбы с вирусами и другими патогенами. Однако результаты исследований на животных также вызвали опасения по поводу потенциальной токсичности наночастиц.

Недавнее исследование команды ученых из Китая под руководством доктора Нань Яо изучило влияние наночастиц на растительные клетки. Результаты опубликованы в октябрьском выпуске American Journal of Botany.

Исследователи изолировали клетки риса, а также модельного растения Arabidopsis. Клетки обрабатывали углеродными нанотрубками, а затем оценивали их жизнеспособность, повреждение ДНК и наличие активных форм кислорода.

Ученые обнаружили повышение уровня активной формы кислорода — перекиси водорода (H₂O₂). Активные формы кислорода вызывают окислительный стресс в клетках, который может привести к запрограммированной гибели клеток. Эффект углеродных нанотрубок на клетки был дозозависимым: чем выше доза, тем выше вероятность гибели клеток. В отличие от этого, клетки, подвергнутые воздействию углеродных частиц, не являющихся нанотрубками, не пострадали, что демонстрирует роль размера нанотрубок в их токсичности.

«Нанотехнологии имеют широкий спектр потенциальных применений в сельском хозяйстве, однако влияние наночастиц редко изучалось на растениях. Мы обнаружили, что наноматериалы могут индуцировать запрограммированную гибель клеток в растительных клетках», — сказал доктор Яо.

Несмотря на наблюдения ученых о токсическом эффекте углеродных нанотрубок на растительные клетки, использование нанотехнологий в сельском хозяйстве по-прежнему имеет большие перспективы. Ученые наблюдали запрограммированную гибель клеток лишь как временную реакцию после инъекции нанотрубок и не обнаружили дальнейших изменений через полтора дня после обработки. Кроме того, исследователи не наблюдали гибели на тканевом уровне, что указывает на ограниченный характер повреждений, вызванных инъекцией нанотрубок.

«Текущее исследование предоставило доказательства того, что определенные углеродные наночастицы не являются на 100% безопасными и имеют побочные эффекты на растения, что говорит о необходимости оценки потенциальных рисков нанотоксичности для растений», — заявил доктор Яо.

В будущем доктор Яо и коллеги планируют исследовать, могут ли другие типы наночастиц также оказывать токсическое воздействие на растительные клетки. «Мы хотели бы создать модель прогностической токсикологии для отслеживания наночастиц».

Только после того, как ученые критически оценят риски наночастиц, они смогут воспользоваться огромными потенциальными преимуществами этой новой технологии.