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

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).