Драгоценный убийца микробов
Стерилизующее действие ионизирующего излучения усиливается в присутствии наночастиц золота
Ученые лаборатории поверхностных явлений в полимерных системах ИФХЭ РАН в сотрудничестве с ведущими специалистами МГУ, ИБХФ РАН и ФМБЦ ФМБА впервые экспериментально показали, что наночастицы золота значительно повышают эффективность радиационной инактивации вирусов. Эксперименты проводились с вирусом табачной мозаики.
Фото: Getty Images
Выяснилось, что в присутствии сферических наночастиц золота рентгеновское излучение той же энергии и в той же дозе почти в восемь раз сильнее подавляло инфекционную активность вируса табачной мозаики. Разрушалась как белковая оболочка вируса — за счет более эффективного выделения активного кислорода, так и его РНК — за счет попадания ионов.
Способность радиации разрушать любые живые организмы известна давно. Однако микроорганизмы намного, на несколько порядков, устойчивее к радиации, нежели человеческие клетки. Поэтому дополнительные средства, которые позволят снизить дозу облучения и повысят эффективность подавления вирусов, расширяют возможности радиационной противомикробной терапии.
Ученые заметили, что наночастицы тяжелых металлов помогают справиться даже с супербактериями, которые устойчивы и к радиации, и к холоду, и к агрессивной среде. Например, наночастицы платины помогают пробить противорадиационную защиту такой нечувствительной к радиации бактерии, как супер-кокк Deinococcus radiodurans. Наночастицы висмута снижают радиационную устойчивость синегнойной палочки Pseudomonas aeruginosa. «В настоящее время лишь небольшое количество научных групп изучает усиление радиационного воздействия на микроорганизмы в присутствии наночастиц металлов, и все они занимаются бактериями. Наша работа — первая, где изучаются вирусы,— рассказывает один из авторов работы, ведущий научный сотрудник лаборатории, доктор химических наук Ольга Дементьева.— Сходство между вирусами, поражающими растения, и вирусами, воздействующими на животных и человека, достаточно велико, чтобы мы могли выявить закономерности на таком модельном объекте».
Вирус табачной мозаики имеет форму палочки. Его РНК защищена белковой оболочкой. При радиационном воздействии биологические молекулы разрушаются из-за прямой ионизации и под воздействием продуктов радиолиза среды; ионизирующее излучение на молекулярном уровне разрушает РНК, а свободные радикалы нарушают целостность ее белковой оболочки. «Увеличение дозы излучения до 10 кГр привело к увеличению количества разрушенных вирионов. Однако даже при самой высокой дозе в пробе присутствовали неповрежденные вирусы. В присутствии наночастиц золота при меньшей дозе неповрежденных вирусов в пробе не оставалось»,— рассказала Ольга Дементьева.
Наночастицы золота могут воздействовать на вирион разными путями. С одной стороны, они способствуют выделению активного кислорода, который химически разрушает оболочку вириона. В свою очередь, повреждение РНК можно объяснить испусканием наночастицами вторичных электронов. Также оказалось, что наночастицы способны образовывать с вирионами своеобразные комплексы.
«Мы заметили, что после облучения наночастицы золота присоединялись к одному из концов вириона. Это очень интересный эффект. Можно предположить, что при высоких дозах радиационного облучения наночастицы золота изменяют знак своего заряда на положительный и могут связываться с отрицательно заряженными концами вирусных частиц по электростатическому механизму. Этот эффект заслуживает детального изучения из-за его возможного влияния на стерилизующие свойства радиационного излучения»,— рассказывает Ольга Дементьева.
Полученные результаты показывают, что в присутствии наночастиц золота для инактивации вирусов требуется меньшая доза излучения, чем без них. Уменьшение требуемой дозы расширяет возможности применения излучения в противомикробных целях.
По материалам: Increased Efficiency of Radiation Inactivation of Virions by Gold Nanoparticles. Nikolai A. Nikitin, Marina V. Arkhipenko, Olga V. Dement’eva, Maria E. Kartseva, Elena M. Shishmakova, Elizaveta V. Sanochkina, Ekaterina S. Shiryaeva, Maria A. Kolyvanova, Alexandr V. Belousov, Victor M. Rudoy, Vladimir I. Feldman, Olga V. Karpova, and Vladimir N. Morozov.
DOI: 10.1002/ppsc.202200074