Forskere demonstrerer biomagnificering af nanomaterialer i en simpel fødekæde

Et tværfagligt team af forskere ved UC Santa Barbara har produceret en banebrydende undersøgelse af, hvordan nanopartikler er i stand til at biomagnificere i en simpel mikrobiel fødekæde.

"Dette var en simpel videnskabelig nysgerrighed, "sagde Patricia Holden, professor i UCSB's Bren School of Environmental Science &Management og den tilsvarende forfatter til undersøgelsen, udgivet i en tidlig online udgave af tidsskriftet Naturnanoteknologi . "Men det er også af stor betydning for dette nye område med at se på grænsefladen mellem nanoteknologi og miljø."

Holdens medforfattere fra UCSB omfatter Eduardo Orias, forskningsprofessor i genomik med Institut for Molekylær, Cellulær og udviklingsbiologi; Galen Stucky, professor i kemi og biokemi, og materialer; og kandidatstuderende, postdoktorer, og personaleforskere Rebecca Werlin, Randy Mielke, John Priester, og Peter Stoimenov. Andre medforfattere er Stephan Krämer, fra California Nanosystems Institute, og Gary Cherr og Susan Jackson, fra UC Davis Bodega Marine Laboratory.

Ifølge Holden, et tidligere samarbejde med Stucky, Stoimenov, Præst, og Mielke gav grundlaget for denne forskning. I den tidligere undersøgelse, forskerne observerede, at nanopartikler dannet af cadmiumselenid trængte ind i visse bakterier (kaldet Pseudomonas) og ophobede sig i dem. "Vi vidste allerede, at bakterierne internaliserede disse nanopartikler fra vores tidligere undersøgelse, "Holden sagde." Og vi vidste også, at Ed (Orias) og Rebecca (Werlin) arbejdede med et protozoan kaldet Tetrahymena og nanopartikler. Så vi henvendte os til dem og spurgte, om de ville være interesseret i et samarbejde for at evaluere, hvordan protozoan -rovdyret påvirkes af de akkumulerede nanopartikler inde i et bakterielt bytte. "Orias og Werlin krediterer deres interesse for nanopartikeltoksicitet til tidligere finansiering fra og deltagelse i universitetet af California Toxic Substance Research &Training Program.

Forskerne gentog bakteriens vækst med kvanteprikker i den nye undersøgelse og koblede den til et trofisk overførselsstudie - studiet af overførsel af en forbindelse fra et lavere til et højere niveau i en fødekæde ved predation. "Vi så forskellen for rovdyret, da den voksede på bekostning af forskellige byttetyper -" kontrol "bytte uden metaller, bytte, der var blevet dyrket med et opløst cadmiumsalt, og bytte, der var blevet dyrket med cadmiumselenid -kvantepunkter, "Sagde Holden.

Hvad de fandt ud af var, at koncentrationen af ​​cadmium steg i overførslen fra bakterier til protozoer og, i gang med at øge koncentrationen, nanopartiklerne var i det væsentlige intakte, med meget lidt nedbrydning. "Vi var i stand til at måle forholdet mellem cadmium og selen i partikler, der var inde i protozoer og se, at det var stort set det samme som i de originale nanopartikler, der var blevet brugt til at fodre bakterierne, "Sagde Orias.

Det forhold, at forholdet mellem cadmium og selenid blev bevaret i løbet af undersøgelsen, indikerer, at nanopartiklerne selv var biomagnificerede. "Biomagnificering - stigningen i koncentrationen af ​​cadmium som sporstof for nanopartikler fra bytte til rovdyr - - det er første gang, at dette er blevet rapporteret for nanomaterialer i et vandmiljø, og derudover involverer mikroskopiske livsformer, som danner grundlaget for alle madbaner, "Sagde Holden.

En implikation er, at nanopartikler inde i protozoer derefter kunne være tilgængelige for det næste niveau af rovdyr i fødekæden, hvilket kan føre til bredere økologiske effekter. "Disse protozoer er stærkt beriget med nanopartikler på grund af fodring med kvanteprikkede bakterier, "Hold sagde." Fordi der var toksiske virkninger på protozoer i denne undersøgelse, der er en bekymring for, at der også kan være toksiske virkninger højere i fødekæden, især i vandmiljøer. "

En af missionerne i UC CEIN er at forsøge at forstå virkningerne af nanomaterialer i miljøet, og hvordan forskere kan forhindre mulige negative virkninger, der kan udgøre en trussel mod enhver form for liv. "I denne sammenhæng, man kan hævde, at hvis du kunne 'designe' den egenskab af kvantepunkter, der får dem til at trænge ind i bakterier, så kunne vi undgå denne potentielle konsekvens, "Holden sagde." Det ville være en positiv måde at se en undersøgelse som denne. Nu kan forskere se tilbage og sige, 'Hvordan forhindrer vi, at dette sker?' "