Undersøgelse finder bevis på, at nanopartikler kan øge plante-DNA-skader

(Phys.org) - Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) og University of Massachusetts Amherst (UMass) har leveret det første bevis på, at konstruerede nanopartikler er i stand til at akkumulere i planter og beskadige deres DNA. I en nylig avis, holdet ledet af NIST-kemikeren Bryant C. Nelson viste, at under laboratorieforhold, kobberoxid-nanopartikler har kapacitet til at trænge ind i planterodsceller og generere mange mutagene DNA-baselæsioner.

Holdet testede den menneskeskabte, ultrafine partikler mellem 1 og 100 nanometer i størrelse på en menneskelig fødevareafgrøde, radisen, og to arter af almindelig bunddække, der bruges af græssende dyr, flerårig og enårig rajgræs. Denne forskning er en del af NISTs arbejde med at hjælpe med at karakterisere det potentielle miljø, sundheds- og sikkerhedsrisici (EHS) ved nanomaterialer, og udvikle metoder til at identificere og måle dem.

Kobberoxid (også kendt som kobber(II)oxid eller CuO) er en forbindelse, der i mange år har været brugt som pigment til farvning af glas og keramik, som pudsemiddel til optik, og som katalysator ved fremstilling af rayon. Kobberoxid er også en stærk leder af elektrisk strøm, en egenskab forbedret på nanoskalaniveau, hvilket gør nanopartikelformen nyttig for halvlederproducenter.

Fordi kobberoxid er et oxidationsmiddel - et reaktivt kemikalie, der fjerner elektroner fra andre forbindelser - kan det udgøre en risiko. Oxidation forårsaget af metaloxider har vist sig at inducere DNA-skader i visse organismer. Hvad Nelson og hans kolleger ønskede at lære var, om nanosizing kobberoxid gjorde generering og akkumulering af DNA-læsioner mere eller mindre sandsynlig i planter. Hvis førstnævnte, forskerne ønskede også at finde ud af, om nanosizing havde nogen væsentlig effekt på plantevækst og sundhed.

For at få svarene, NIST/UMass-forskerne udsatte først radiser og de to rajgræsser for både kobberoxidnanopartikler og kobberoxidpartikler af større størrelse (større end 100 nanometer) samt for simple kobberioner. De brugte derefter et par meget følsomme spektrografiske teknikker til at evaluere dannelsen og akkumuleringen af ​​DNA-baselæsioner og til at bestemme, om og hvor meget kobber, der blev optaget af planterne.

Til radiserne, dobbelt så mange læsioner blev induceret i planter, der blev udsat for nanopartikler, som i dem, der blev udsat for de større partikler. Derudover den cellulære optagelse af kobber fra nanopartiklerne var signifikant større end optagelsen af ​​kobber fra de større partikler. DNA-skadeprofilerne for rajgræsserne adskilte sig fra radiseprofilerne, hvilket indikerer, at nanopartikel-induceret DNA-skade er afhængig af plantearten og af nanopartikelkoncentrationen.

Endelig, forskerne viste, at nanopartikler af kobberoxid havde en signifikant effekt på væksten, hæmmer udviklingen af ​​både rødder og skud hos alle tre testede plantearter. De nanopartikelkoncentrationer, der blev brugt i denne undersøgelse, var højere end dem, der sandsynligvis vil blive mødt af planter under et typisk jordeksponeringsscenarie.

"Så vidt vi ved, dette er første bevis på, at der kunne være en 'nano-baseret effekt' for kobberoxid i miljøet, hvor størrelse spiller en rolle i den øgede generering og akkumulering af talrige mutagene DNA-læsioner i planter, " siger Nelson.

Næste op for Nelson og hans kolleger er en lignende undersøgelse, der ser på virkningen af ​​titaniumdioxid-nanopartikler - såsom dem, der bruges i mange solcremer - på risplanter.