Исследователям из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии удалось поместить углеродные нанотрубки в клетки млекопитающих, которые используют такие механизмы, как эндоцитоз, специфичные для этих видов клеток. Об этом сообщает портал Nanowerk. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Бактерии, с другой стороны, не имеют этих механизмов и сталкиваются с дополнительными трудностями при прохождении частиц через их жесткую оболочку. Несмотря на эти барьеры, нам удалось это сделать, и это имеет очень интересные последствия с точки зрения приложений».
Исследования ученых EPFL под руководством профессора Ардемиса Богоссяна сосредоточены на взаимодействии искусственных наноматериалов с биологическими конструкциями, включая живые клетки. Получившиеся «нанобионические» технологии сочетают в себе преимущества как живого, так и неживого мира. В течение многих лет ее группа работала над применением наноматериалов из однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ), обладающих удивительными механическими и оптическими свойствами.
Например, ранее введение ОУНТ в клетки млекопитающих привело к появлению новых технологий доставки терапевтических препаратов к их внутриклеточным мишеням, тогда как в растительных клетках они использовались для редактирования генома. Материалы на их основе также были имплантированы живым мышам, чтобы продемонстрировать их способность отображать биологические ткани глубоко внутри тела.
Теперь группа Богоссяна и их международные коллеги смогли «убедить» бактерии спонтанно поглощать ОУНТ за счет их соединения с положительно заряженными белками, которые притягиваются отрицательным зарядом внешней мембраны бактерий. В итоге собирающие свет бактерии, наполненные наночастицами, могут производить электричество в живой фотоэлектрической системе.
Два типа бактерий, изученных в исследовании – Synechocystis и Nostoc – принадлежат к типу Cyanobacteria, огромной группе бактерий, которые получают свою энергию посредством фотосинтеза, подобно растениям. Они также являются «грамотрицательными», что означает, что их клеточная стенка тонкая и у них есть дополнительная внешняя мембрана, которой нет у «грамположительных» бактерий.
Исследователи заметили, что цианобактерии усваивают ОУНТ посредством пассивного, зависящего от длины и селективного процесса. Этот процесс позволил нанотрубкам спонтанно проникать в клеточные стенки как одноклеточных Synechocystis и длинных, змееподобных, многоклеточных Nostoc .
После этого успеха исследователи построили первую в своем роде специальную установку, которая позволила получить от нанотрубок внутри бактерий изображение особой флуоресценции в ближнем инфракрасном диапазоне.
Алессандра Антонуччи, бывшая аспирантка лаборатории Богоссяна, пояснила: «Особая четкость связана с тем, что длина волны нанотрубок далеко в красном, ближнем инфракрасном диапазоне. За счет этого исходит стабильный сигнал, который нельзя получить от любого другого датчика наночастиц. Теперь мы можем использовать нанотрубки, чтобы увидеть, что происходит внутри клеток, что было трудно изобразить с помощью более традиционных методов».
Ученые смогли отслеживать рост и деление клеток, наблюдая за бактериями в режиме реального времени. Их результаты показали, что ОУНТ стали общими для дочерних клеток делящегося микроба, назвав это впервые обнаруженное явление «унаследованной нанобионикой».
«Еще один интересный аспект заключается в том, что когда мы помещаем нанотрубки внутрь бактерий, бактерии демонстрируют значительное увеличение количества электричества, которое они производят при освещении светом. Это открывает возможности использования нанобионических бактерий в живой фотоэлектрической системе», – отметила Мелания Редженте, постдоктор из группы Богоссяна.
«Живые» фотоэлектрические элементы — это устройства, производящие биологическую энергию, в которых используются фотосинтезирующие микроорганизмы. Хотя эти устройства все еще находятся на ранних стадиях разработки, они представляют собой более экологичное решение в борьбе за снижение углеродного следа по сравнению с изготовлением большинства стандартных фотогальванических элементов.