Влияние постоянного магнитного поля на метаболизм и жизнеспособность магнитных биосорбентов на основе дрожжевых клеток

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Исследовано повреждающее воздействие магнитной маркировки наночастицами магнетита и постоянного магнитного поля на жизнеспособность, метаболизм и магнитные свойства магнитомаркированных дрожжевых клеток, которые могут быть использованы как магнитоуправляемые биосорбенты с пассивными и активными механизмами биосорбции. Магнитные свойства магнитомаркированных клеток оценивались методом весов Фарадея. Показано, что магнитная восприимчивость магнитомаркированных клеток возрастает при увеличении концентрации железа, приходящегося на 1 клетку (CFe), и не изменяется в течение нескольких суток для клеток, культивируемых в постоянном магнитном поле и без постоянного магнитного поля. Повреждающее воздействие на жизнеспособность исследуемых дрожжевых клеток оценивалось по разности относительной доли живых клеток в популяции в начале и конце их культивирования. Количество живых клеток оценивалось методом окрашивания метиленовым синим и подсчетом окрашенных клеток в камере Горяева. Показано, что повреждающее воздействие магнитной маркировки в исследованном диапазоне CFe не зависит от CFe при культивировании без постоянного магнитного поля и возрастает с увеличением CFe при культивировании в постоянном магнитном поле. Метаболизм магнитомаркированных клеток оценивали по выходу протонов из дрожжевых клеток в ходе переработки ими глюкозы (тест подкисления). Показано, что магнитная маркировка снижает интенсивность выхода протонов из клетки не более чем на 30%. Таким образом, в данной работе показано, что при использовании магнитной маркировки наночастицами магнетита можно получать жизнеспособные дрожжевые клетки с парамагнитной восприимчивостью. Такие магнитомаркированные клетки можно использовать как магнитоуправляемые биосорбенты, которые могут осуществлять пассивную и активную биосорбцию токсикантов и при этом эффективно отделяться с помощью магнитных сепараторов от очищаемой среды.

Об авторах

Светлана Владимировна Беспалова

Донецкий государственный университет

Email: bespalova@donnu.ru

доктор физико-математических наук, профессор, ректор

Россия

Юрий Анатольевич Легенький

Донецкий государственный университет

Email: yu-legen@mail.ru

старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории магнитобиологии кафедры физиологии и биофизики

Россия

Андрей Степанович Яицкий

Самарский государственный социально-педагогический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: yaitsky@sgspu.ru

старший преподаватель кафедры биологии, экологии и методики обучения

Россия

Список литературы

  1. Balintova M., Estokova A. Materials for heavy metals removal from waters // Materials. 2024. Vol. 17, iss. 9. doi: 10.3390/ma17091935.
  2. Zinicovscaia I., Yushin N., Grozdov D., Rodlovskaya E., Khiem L.H. Yeast – as bioremediator of silver-containing synthetic effluents // Bioengineering. 2023. Vol. 10, iss. 4. doi: 10.3390/bioengineering10040398.
  3. Sieber A., Jelic L.R., Kremser K., Guebitz G.M. Spent brewer’s yeast as a selective biosorbent for metal recovery from polymetallic waste streams // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2024. Vol. 12. doi: 10.3389/fbioe. 2024.1345112.
  4. Veglio F., Beolchini F. Removal of metals by biosorption: a review // Hydrometallurgy. 1997. Vol. 44, iss. 3. P. 301–316.
  5. Diep P., Mahadevan R., Yakunin A.F. Heavy metal removal by bioaccumulation using genetically engineered microorganisms // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2018. Vol. 6. doi: 10.3389/fbioe.2018.00157.
  6. Лыков И.Н., Гаранин Р.А., Петрухина Д.И. Использование биомассы микроорганизмов для извлечения тяжелых металлов из сточных вод // Экология урбанизированных территорий. 2018. № 3. С. 60–63. DOI: 10.24411/ 1816-1863-2018-13060.
  7. Faraji M., Shirani M., Rashidi-Nodeh H. The recent advances in magnetic sorbents and their applications // Trends in Analytical Chemistry. 2021. Vol. 141. doi: 10.1016/j.trac. 2021.116302.
  8. Солопов М.В., Легенький Ю.А., Беспалова С.В., Холявка М.Г. Биосорбция ионов тяжелых металлов дрожжевыми клетками, модифицированными наночастицами магнетита // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2019. № 1. С. 96–102.
  9. Diaz-Ravina M., Baath E. Development of metal tolerance in soil bacterial communities exposed to experimentally increased metal levels // Applied and Environmental Microbiology. 1996. Vol. 62, № 8. P. 2970–2977. DOI: 10. 1128/aem.62.8.2970-2977.1996.
  10. Гаранин Р.А., Лыков И.Н. Исследование возможности использования дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) в качестве биосорбента тяжелых металлов из промышленных сточных вод // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки. 2008. № 1 (28). С. 110–119.
  11. Zablotskii V., Polyakova T., Dejneka A. Cells in the non-uniform magnetic world: how cells respond to high-gradient magnetic fields // BioEssays. 2018. Vol. 40, iss. 8. doi: 10.1002/bies.201800017.
  12. Bae J.-E., Huh M.-I., Ryu B.-K., Do J.-Y., Jin S.-U., Moon M.-J., Jung J.-C., Chang Y., Kim E., Chi S.-G., Lee G.-H., Chae K.-S. The effect of static magnetic fields on the aggregation and cytotoxicity of magnetic nanoparticles // Biomaterials. 2011. Vol. 32, iss. 35. P. 9401–9414. DOI: 10.1016/ j.biomaterials.2011.08.075.
  13. Dobosz B., Gunia E., Kotarska K., Schroeder G., Kurczewska J. The effect of a magnetic field on the transport of functionalized magnetite nanoparticles into yeast cells // Applied Sciences. 2024. Vol. 14, iss. 4. doi: 10.3390/app 14041343.
  14. Турчин В.В., Лёгенький Ю.А., Солопов М.В., Попандопуло А.Г., Беспалова С.В., Фисталь Э.Я. Магнитофоретические свойства фетальных фибробластов человека, маркированных суперпарамагнитными наночастицами оксида железа, стабилизированными цитратом // Гены и клетки. 2017. Т. 12, № 1. С. 47–53.
  15. Беспалова С.В., Кладько Д.В., Легенький Ю.А., Павлов В.Н., Глазунова В.А. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля на жизнеспособность магнитомаркированных клеток Saccharomyces cerevisiae // Актуальные вопросы биологической физики и химии. 2019. Т. 4, № 3. С. 335–339.
  16. Sigler K. Acidification power (AP) test and similar methods for assessment and prediction of fermentation activity of industrial microorganisms // Kvasny prum. 2013. Vol. 59, iss. 7–8. P. 204–208. doi: 10.18832/kp2013021.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рисунок 1 – Зависимости магнитной восприимчивости популяций магнитомаркированных дрожжевых клеток от времени культивирования. Шифр названия проб: А – CFe = 6,5 пг на клетку, Б – CFe = 5 пг на клетку, В – CFe = 3 пг на клетку, Г – CFe = 1,5 пг на клетку

Скачать (128KB)
3. Рисунок 2 – Влияние магнитной маркировки на метаболизм дрожжевых клеток. А – зависимость нормированного показателя ∆pH от количества Fe, приходящегося на 1 клетку при магнитной маркировке; Б – нормированные кривые индуцированного подкисления межклеточной среды для нативной и магнитомаркированных суспензий, полученных при разных CFe, указанных в легенде

Скачать (154KB)
4. Рисунок 3 – Изменение жизнеспособности клеток ∆L, маркированных при разных концентрациях железа на клетку CFe и разных условиях культивирования (Без МП – без магнитного поля, МП – в магнитном поле), на 5-й день культивирования

Скачать (96KB)

© Беспалова С.В., Легенький Ю.А., Яицкий А.С., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».