Влияние бикомпонентных наночастиц ZnO-ZnFe2O4 на гемоциты средиземноморской мидии (Mytilus galloprovincialis) в условиях эксперимента in vitro

М. С. Подольская1, *, А. А. Ткачук1, А. Ю. Андреева1, Е. С. Кладченко1, Э. С. Челебиева1, А. А. Мосунов2

1 Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН, Севастополь, Россия

2 Севастопольский государственный университет, Севастополь, Россия

* e-mail: podolskaya_m99@bk.ru

Аннотация

Исследовано токсическое действие бикомпонентных наночастиц ZnО-ZnFe2O4, являющихся основным действующим компонентом отечественного противообрастающего покрытия, на маркерные показатели клеток гемолимфы (гемоциты) средиземноморской мидии (Mytilus galloprovincialis) в экспериментальных условиях in vitro. Оценивались следующие показатели: смертность, клеточный состав и продукция активных форм кислорода. В эксперименте гемоциты инкубировали в течение 1 и 2 ч в 1 мл стерильной морской воды, содержащей наночастицы в различных концентрациях: 0.03, 0.3 и 3 мг/мл. Данные анализировали с помощью метода проточной цитометрии. Установлено, что действие наночастиц ZnО-ZnFe2O4 оказало влияние на клеточный состав гемолимфы: снижалась доля агранулоцитов, воздействие 0.03 мг/мл наночастиц при часовой инкубации снижало уровень продукции активных форм кислорода в 2.5 раза по сравнению с контрольной пробой (p ≤ 0.05). Инкубация гемоцитов с максимальной концентрацией наночастиц (3 мг/мл) привела к гибели клеток уже через 1 ч после воздействия. Острого токсического воздействия на гемоциты при применении 0.03 мг/мл и 0.3 мг/мл наночастиц оксида цинка и феррита цинка не наблюдалось.

Ключевые слова

наночастицы, средиземноморская мидия, гемоциты, АФК

Благодарности

Синтез наночастиц (ZnО-ZnFe2O4) был выполнен в рамках выполнения проекта РНФ № 21-13-00498 «Экологически безопасные и высокоэффективные противообрастающие покрытия на основе бикомпонентных наночастиц металлов и их оксидов». Оценка токсичности наночастиц на организм мидий (анализ параметров гемоцитов) проводился за счет средств госзадания ФИЦ ИнБЮМ № 121102500161-4 «Закономерности организации иммунной системы промысловых гидробионтов и исследование влияния факторов внешней среды на функционирование их защитных систем».

Для цитирования

Влияние бикомпонентных наночастиц ZnO-ZnFe2O4 на гемоциты средиземноморской мидии (Mytilus galloprovincialis) в условиях эксперимента in vitro / М. С. Подольская [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2023. № 1. С. 124–136. EDN BPTQRT. doi:10.29039/2413-5577-2023-124-136

Podolskaya, M.S., Tkachuk, A.A., Andreyeva, A.Yu., Kladchenko, E.S., Chelebieva, E.S. and Mosunov, A.A., 2023. Effect of Bicomponent ZnO-ZnFe2O4 Nanoparticles on Mediterranean Mussel (Mytilus galloprovincialis) Hemocytes under in vitro Conditions. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (1), pp. 124–136. doi:10.29039/2413-5577-2023-124-136

DOI

10.29039/2413-5577-2023-124-136

EDN

BPTQRT

Список литературы

  1. Звягинцев А. Ю., Полтаруха О. П., Масленников С. И. Обрастание морских систем технического водоснабжения и анализ методов защиты от обрастания в водоводах (аналитический обзор) // Вода: химия и экология. 2015. № 1. С. 30–51. EDN TWNISJ.
  2. Абачараев М. М., Абачараев И. М. Перспективные разработки по борьбе с морским обрастанием // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2011. № 3. С. 7–9. EDN ONJAIF.
  3. Звягинцев А. Ю. Морское обрастание в северо-западной части Тихого океана. 2005. 432 с.
  4. Nurioglu A. G., Esteves A. C. C., de With G. Non-toxic, non-biocide-release antifouling coatings based on molecular structure design for marine applications // Journal of Materials Chemistry B. 2015. Vol. 3, iss. 32. С. 6547–6570. doi:10.1039/C5TB00232J
  5. Comparative Toxicity of “Tin Free” Self-Polishing Copolymer Antifouling Paints and Their Inhibitory Effects on Larval Development of a Non-Target Organism / J. Castritsi-Catharios [et al.] // Materials Sciences and Applications. 2014. Vol. 5. P. 158–169. doi:10.4236/msa.2014.53020
  6. Meador J. P. Predicting the fate and effects of tributyltin in marine systems // Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. New York : Springer, 2000. Vol. 166. P. 1–48.
  7. Acoustic methods for biofouling control: A review / M. Legg [et al.] // Ocean Engineering. 2015. Vol. 103. P. 237–247. doi:10.1016/j.oceaneng.2015.04.070
  8. A study of the bactericidal, anti-biofouling, cytotoxic and antioxidant properties of actinobacterially synthesised silver nanoparticles / T. Shanmugasundaram [et al.] // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2013. Vol. 111. P. 680–687. doi:10.1016/j.colsurfb.2013.06.045
  9. Закономерности формирования антимикробных микро/нанокомпозитов при окислении биметаллических наночастиц Al/Zn / А. С. Ложкомоев [и др.] // Журнал физической химии. 2018. Т. 92, № 12. С. 1958–1962. EDN YMNDTV. doi:10.1134/S0044453718120270
  10. Palza H. Antimicrobial polymers with metal nanoparticles // International Journal of Molecular Sciences. 2015. Vol. 16, iss. 1. P. 2099–2116. doi:10.3390/ijms16012099
  11. The effect of nanoparticle size on in vivo pharmacokinetics and cellular interaction / N. Hoshyar [et al.] // Nanomedicine. 2016. Vol. 11, iss. 6. P. 673–692. doi:10.2217/nnm.16.5
  12. Toxicity of copper oxide nanoparticles in the blue mussel, Mytilus edulis: a redox proteomic investigation / W. Hu [et al.] // Chemosphere. 2014. Vol. 108. P. 289–299. doi:10.1016/j.chemosphere.2014.01.054
  13. Comparison of the abilities of ambient and manufactured nanoparticles to induce cellular toxicity according to an oxidative stress paradigm / T. Xia [et al.] // Nano Letters. 2006. Vol. 6, iss. 8. P. 1794–1807. doi:10.1021/nl061025k
  14. The apoptotic effect of nanosilver is mediated by a ROS-and JNK-dependent mechanism involving the mitochondrial pathway in NIH3T3 cells / Y.-H. Hsin [et al.] // Toxicology letters. 2008. Vol. 179, iss. 3. P. 130–139. doi:10.1016/j.toxlet.2008.04.015
  15. Evaluation of the toxicity of nanostructural aluminium oxyhydroxide with the help of hydrobionts / N. V. Svarovskaya [et al.] // Chemistry for Sustainable Development. 2013. Vol. 21, iss. 4. P. 411–414. URL: https://sibran.ru/en/journals/issue.php?ID=150645&ARTICLE_ID=150654 (date of access: 18.02.2023).
  16. Trophic transfer of TiO2 nanoparticles from daphnia to zebrafish in a simplified freshwater food chain / X. Zhu [et al.] // Chemosphere. 2010. Vol. 79, iss. 9. P. 928–933. doi:10.1016/j.chemosphere.2010.03.022
  17. Impacts of metal oxide nanoparticles on marine phytoplankton / R. J. Miller [et al.] // Environmental science and technology. 2010. Vol. 44, iss. 19. P. 7329–7334. doi:10.1021/es100247x
  18. The embryotoxicity of ZnO nanoparticles to marine medaka, Oryzias melastigma / Y. Cong [et al.] // Aquatic Toxicology. 2017. Vol. 185. P. 11–18. doi:10.1016/j.aquatox.2017.01.006
  19. Antimicrobial effects of TiO2 and Ag2O nanoparticles against drug-resistant bacteria and leishmania parasites / A. M. Allahverdiyev [et al.] // Future Microbiology. 2011. Vol. 6, iss. 8. P. 933–940. doi:10.2217/fmb.11.78
  20. Mosunov A. A., Evstigneev V. P. Nanoparticles in marine antifouling coatings: a case study // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2094, iss. 2. 022041. doi:10.1088/1742-6596/2094/2/022041
  21. Electroexplosive synthesis of composite ZnO/ZnFe2O4/Zn nanoparticles with photocatalytic and antibacterial activity / O. Bakina [et al.] // Materials Science in Semiconductor Processing. 2022. Vol. 152. 107076. doi:10.1016/j.mssp.2022.107076
  22. Immunotoxicity of carbon black nanoparticles to blue mussel hemocytes / L. Canesi [et al.] // Environment International. 2008. Vol. 34, iss. 8. P. 1114–1119. doi:10.1016/j.envint.2008.04.002
  23. Анализ клеточного цикла и морфофункциональных параметров гемоцитов Mytilus galloprovincialis Lam., 1819 (Bivalvia) в прибрежных экосистемах с различной антропогенной нагрузкой / А. Ю. Андреева [и др.] // Биология внутренних вод. 2019. № 4-2. С. 74–81. EDN TUBWWR. doi:10.1134/S0320965219060032
  24. Bacteria–hemocyte interactions and phagocytosis in marine bivalves / L. Canesi [et al.] // Microscopy research and technique. 2002. Vol. 57, iss. 6. P. 469–476. doi:10.1002/jemt.10100
  25. Koutsogiannaki S., Kaloyianni M. Signaling molecules involved in immune responses in mussels // Invertebrate Survival Journal. 2010. Vol. 7, iss. 1. P. 11–21. URL: https://www.isj.unimore.it/index.php/ISJ/article/view/204/119 (date of access: 18.02.2023).
  26. Tiscar P. G., Mosca F. Defense mechanisms in farmed marine molluscs // Veterinary Research Communications. 2004. Vol. 28, suppl. 1. P. 57–62. doi:10.1023/B:VERC.0000045379.78547.23
  27. Jovanović B., Palić D. Immunotoxicology of non-functionalized engineered nanoparticles in aquatic organisms with special emphasis on fish – Review of current knowledge, gap identification, and call for further research // Aquatic Toxicology. 2012. Vol. 118. P. 141–151. doi:10.1016/j.aquatox.2012.04.005
  28. Chalew T. E. A., Galloway J. F., Graczyk T. K. Pilot study on effects of nanoparticle exposure on Crassostrea virginica hemocyte phagocytosis // Marine Pollution Bulletin. 2012. Vol. 64, iss. 10. P. 2251–2253. doi:10.1016/j.marpolbul.2012.06.026
  29. The role of reactive oxygen species (ROS) in the biological activities of metallic nanoparticles / A. A. Dayem [et al.] // International Journal of Molecular Sciences. 2017. Vol. 18, iss. 1. 120. doi:10.3390/ijms18010120
  30. Sokolova I. M. Energy-limited tolerance to stress as a conceptual framework to integrate the effects of multiple stressors // Integrative and Comparative Biology. 2013. Vol. 53, iss. 4. P. 597–608. doi:10.1093/icb/ict028
  31. In vivo effects of n-TiO2 on digestive gland and immune function of the marine bivalve Mytilus galloprovincialis / C. Barmo [et al.] // Aquatic Toxicology. 2013. Vol. 132–133. P. 9–18. doi:10.1016/j.aquatox.2013.01.014
  32. Hemocytes of the carpet shell clam (Ruditapes decussatus) and the Manila clam (Ruditapes philippinarum): current knowledge and future prospects / L. Donaghy [et al.] // Aquaculture. 2009. Vol. 297, iss. 1–4. P. 10–24. doi:10.1016/j.aquaculture.2009.09.003
  33. Starkov A. A. The role of mitochondria in reactive oxygen species metabolism and signaling // Annals of the New York Academy of Sciences. 2008. Vol. 1147, iss. 1. P. 37–52. doi:10.1196/annals.1427.015
  34. Differential in vivo hemocyte responses to nano titanium dioxide in mussels: Effects of particle size / T. Wang [et al.] // Aquatic Toxicology. 2019. Vol. 212. P. 28–36. doi:10.1016/j.aquatox.2019.04.012
  35. Diversity and environmental adaptation of phagocytic cell metabolism / L. C. Davies [et al.] // Journal of Leukocyte Biology. 2019. Vol. 105, iss. 1. P. 37–48. doi.org/10.1002/JLB.4RI0518-195R
  36. In vitro effects of suspensions of selected nanoparticles (C60 fullerene, TiO2, SiO2) on Mytilus hemocytes / L. Canesi [et al.] // Aquatic Toxicology. 2010. Vol. 96, iss. 2. P. 151–158. doi:10.1016/j.aquatox.2009.10.017

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)