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.

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.

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)

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.