Оренбургский государственный университет

Бактериальные люминесцирующие биосенсоры в системе оценки антибактериальных, антитоксических, про- и антиоксидантных свойств углеродных наноматериалов

Проект РФФИ № 15-04-04379

Руководитель проекта — д-р мед. наук, профессор Дерябин Д.Г.

Проект направлен на получение фундаментальных знаний о разнообразии биологических активностей наночастиц и наноматериалов, оцененных с использованием нового поколения бактериальных биосенсоров с улучшенными аналитическими характеристиками.

Задачей первого года выполнения проекта являлся анализ возможностей и ограничений бактериальных люминесцирующих биосенсоров (lux-биосенсоров) в системе оценки причин и механизмов развития антибактериального эффекта углеродных наноматериалов (УНМ).

При проведении экспериментальных исследований в данном направлении получены следующие важнейшие результаты:

1. Показаны преимущества lux-биосенсоров на основе Escherichia coli в сравнении с таковыми на основе Photobacterium phosphoreum, а также определена перспектива повышения чувствительности биолюминесцентного тестирования УНМ путем создания lux-биосенсоров на основе Bacillus subtilis.
2. Разработана оригинальная математическая модель, описывающая закономерности формирования коллоидных систем с участием УНМ, а также показана четкая зависимость антибактериальной активности присутствующих в них наночастиц от величины и знака поверхностного электрокинетического потенциала, модулируемого содержанием противоионов.
3. В качестве универсального механизма антибактериального эффекта УНМ идентифицировано формирование энергодефицитного состояния бактериальных клеток-мишеней, определяемого пространственным контактом наночастиц с бактериальной поверхностью, следующим за этим снижением или инверсией поверхностного электрокинетического потенциала, подавлением клеточного дыхания и отражающим динамику и выраженность данных процессов изменением энергозависимой биолюминесценции lux-биосенсоров с конститутивным типом свечения.
4. Установлена возможность формирования супрамолекулярных комплексов "фуллерен:антибиотик", обеспечивающих развитие синергетического эффекта в отношении антибиотикорезистентного штамма E. coli (носителя гена TcR).

По результатам проекта подготовлены следующие публикации:

1. Deryabin D.G., Efremova L.V., Vasilchenko A.S., Saidakova E.V., Sizova E.A., Troshin P.A., Zhilenkov A.V., Khakina E.A. A zeta potential value determines the aggregate’s size of penta-substituted [60] fullerene derivatives in aqueous suspension whereas positive charge is required for toxicity against bacterial cells // Journal of Nanobiotechnology (IF=4,12). 2015. doi:10.1186/s12951-015-0112-6.
2. Efremova L.V., Vasilchenko A.S., Rakov E.G., Deryabin D.G. Toxicity of graphene shells, graphene oxide and graphene oxide paper evaluated with Escherichia coli biotests // BioMed Research International (IF=1,579). 2015. Article ID 869361.
3. Ефремова Л.В. Исследование антибактериальной активности углеродных наноматериалов с использованием бактериальных люминесцирующих биотестов // Материалы 19-й Международ. Пущинской шк.-конф. молодых ученых "Биология — наука XXI века". Пущино. 2015. С. 174–175.
4. Власенко Л.В. Бактериальные люминесцирующие биосенсоры в системе оценки антибактериальной активности углеродных наноматериалов // Материалы I Международ. шк.-конф. студентов, аспирантов и молодых ученых "Биомедицина, материалы и технологии XXI века". Казань. 2015. С. 46.
5. Дерябин Д.Г., Ефремова Л.В., Каримов И.Ф., Манухов И.В., Гнучих Е.Ю., Мирошников С.А. Сравнение чувствительности люминесцирующих штаммов Photobacterium phosphoreum, Escherichia coli и Bacillus subtilis при оценке биотоксичности углеродных наноматериалов и наночастиц металлов // Микробиология (ИФ=0,642). 2016. № 2. Принято в печать.

См. также:

О солнечных батареях и цифровом телевидении (новость от 16.01.2015)