Год издания: 2024
Ключевые слова: селен, оксоанионы селена, селенит натрия, наночастицы селена, токсичность, биотест, люминесцентные бактерии, Photobacterium phosphoreum, биотрансформация, детоксификация, редокс-процессы, ферментативные реакции, активные формы кислорода
Аннотация: Селен – жизненно важный микроэлемент. Он включен в активные центры различных ферментов, в основном оксидоредуктаз, и защищает организм от окислительного стресса. Однако в высоких концентрациях селен остро токсичен; токсичное содержание селена отличается от необходимого содержания всего на один порядок. Самыми токсичными формами селПоказать полностьюена являются его оксоанионы - селенат и селенит. Природное загрязнение селеном происходит в результате выветривания богатых селеном горных пород и почв, извержения вулканов. Кроме того, высвобождение селена происходит при сжигании ископаемого топлива, добыче полезных ископаемых, сельскохозяйственной деятельности, использовании ядерного топлива. Попадая в воздух в виде оксидов, селен солюбилизируется и переходит в почву и воду в виде оксоанионов. Основными источниками загрязнения оксоанионами селена в Красноярском крае являются тепловые электростанции и горнодобывающие производства, такие как разрезы Канско-Ачинского угольного бассейна, Олимпиадинский ГОК, рудные шахты Норильского промышленного комплекса. На территории края находятся 18 тепловых электростанций, большая часть из которых работает на буром угле. В природе действует полный биогеохимических цикл соединений селена, одну из ключевых ролей в котором играют бактерии. В первую очередь бактерии восстанавливают оксоанионы селена, которые включаются в метаболические процессы. При превышении содержания селена в окружающей среде происходит переключение метаболизма бактерий на нейтрализацию избыточной концентрации оксоанионов селена. Часто восстановленный с помощью бактерий селен образует наночастицы. Способность формировать наночастицы при восстановлении оксоанионов селена перспективна для различных областей биотехнологии, в основном в медицине. Бактериально синтезированные наночастицы селена могут быть использованы в качестве пищевых добавок. Проект направлен на изучение механизма токсичности и биотрансформации соединений селена (в виде селенита) морскими люминесцентными бактериями Photobacterium phosphoreum и характеризуется как фундаментальной, так и практической значимостью. Исследования будут проводиться с использованием комплекса микробиологических, биохимических и спектроскопических методов. Авторы планируют оценку токсического эффекта селенита натрия, детоксицирующей способности бактерий, а также выявление роли ферментативных редокс-процессов и роли активных форм кислорода (АФК) в ходе процесса биотрансформации селенита бактериями. Интенсивность биолюминесценции будет использоваться в качестве физиологического параметра для мониторинга воздействия селенита на бактерии; содержание АФК будет определяться в бактериальных суспензиях с помощью хемилюминесцентного люминольного метода. Будут установлены связи между интенсивностью биолюминесценции бактерий, эффективностью ферментативных реакций и изменением содержания АФК в бактериальных суспензиях при различных временах инкубирования бактерий с селенитом. Визуализация продуктов биотрансформации селенита будет осуществлена с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Кроме того, исследование биообразцов будет проведено с помощью методов молекулярной спектроскопии: ИК-фурье-спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния. Будут подобраны условия для микробиологического синтеза наночастиц селена: проведен подбор оптимальных условий, разработана схема выделения частиц из бактериальных клеток и их очистки. Будет проведено определение токсичности суспензий наночастиц, содержания АФК в системах бактерии+наночастицы селена, влияния наночастиц на эффективность ферментативных процессов. Проект связан с прикладным аспектом – использованием люминесцентных бактерий в качестве полифункционального биопрепарата (биореактора) для мониторинга токсичности селен-содержащих водных объектов, снижения токсичности в результате биотрансформации селенита в элементарный селен, возможного биосинтеза наночастиц селена.