Живые клетки — это небольшие электростанции, в которых происходят различные химические реакции с выделением крошечного количества тепла. Метаболизм стимулируется, когда клетки подвергаются воздействию урана, однако это не приводит к усилению роста. Это дополнительное усилие обнаруживается в организмах как повышенное тепловыделение, что сигнализирует об их борьбе с токсином.
Команда из четырех человек из Дрездена и Берна (доктор Мухаммад Х. Обейд, доктор Яна Эртель, профессор Марк Солиоз, профессор Карим Фахми) разработала высокочувствительный метод, известный как микрокалориметрия, с помощью которого можно измерить эту мощность — — даже если он находится в диапазоне микроватт (миллионная ватт).Кроме того, с помощью своих тестов исследователи определяют количество клеток в культуре и, таким образом, регистрируют, как клетки делятся и растут. Карим Фахми резюмирует результаты: «Мы обнаружили, что метаболизм с ураном становится менее эффективным.
Клетки производят больше тепла, но не больше клеток. Они фактически поддерживают температуру!» Очевидно, что организмы используют свою энергию для защитных механизмов, а не для роста.
Совершенно иная картина возникает при наличии глутатиона. В этом случае клетки продолжают расти. «Глутатион снижает химическую токсичность урана. Клетки лучше выдерживают загрязнение», — говорит биофизик.Для исследований была выбрана бактерия производства сыра Lactococcus lactis.
Исследователи использовали штамм с искусственно созданной наследственной предрасположенностью к выработке глутатиона. Ген можно выборочно включить или выключить. Это позволяет точно контролировать, производят ли клетки глутатион или нет. Карим Фахми объясняет: «Таким образом, мы получаем чистую модель, и нам не нужно добавлять глутатион извне».
Таким образом, разрушительные факторы исключаются.Эти новые взгляды на защитные эффекты глутатиона важны для инновационных стратегий биологической очистки окружающей среды от тяжелых металлов. Процесс, известный как биоремедиация, пытается использовать растения или бактерии для удаления токсинов с загрязненных участков.
Организмы поглощают загрязнители, которые удаляются с участка в контролируемых условиях посредством последующего «сбора урожая». Эта процедура также подходит для обеззараживания урана. Как явствует из результатов исследователей HZDR, предпочтение следует отдавать организмам, обладающим собственным биосинтезом глутатиона.
Глутатион уже довольно давно обсуждается как дезинфицирующее средство, поскольку он является антиоксидантом и, например, обезвреживает свободные радикалы. Однако до сих пор не было убедительных доказательств его защитного действия против урана. Теперь дрезденские исследователи восполнили этот недостаток.
Результаты особенно важны, потому что они были получены от живых организмов.Нерастворимый и, следовательно, нетоксичный комплексИсследователи также могут получить более подробное представление о том, как работает взаимодействие между тяжелыми металлами и глутатионом. Карим Фахми говорит: «Мы видим, что уран связывается с карбоксильной группой глутатиона.
Это приводит к образованию нерастворимого комплекса, который больше не токсичен». Это относится к исследованным концентрациям от 10 до 150 микромоль урана — содержание, которое обычно обнаруживается на загрязненных участках в Немецких Рудных горах. Сравнительные измерения показали, что для меди внутри клеток протекают совершенно разные реакции.
Глутатион здесь не проявляет никаких защитных эффектов. Измерение метаболического потепления для оценки экологически значимого риска тяжелых металлов активно продвигается в Институте экологии ресурсов HZDR.
Уникальная возможность работать с радиоактивными материалами в институте позволяет по-новому взглянуть на влияние низких концентраций радионуклидов на организмы, что актуально для медицины и биологии окружающей среды.