Введение к работе
Актуальность темы. Частицы серебра с размерами от 1 до 500 нанометров находят применение в различных областях науки и техники. Особый интерес представляет их использование в биологии и медицине.
Свойство некоторых химических групп органических соединений инициировать образование светопоглощающих наночастиц серебра обеспечивает высокую чувствительность серебряных методов окрашивания тканевых структур в гистологии и биополимеров в полиакриламидном геле (ПААГ). Чувствительность этих методов многократно превосходит чувствительность методов, основанных на избирательной сорбции как обычных, так и флюоресцирующих органических красителей. В то же время, методы окраски серебром имеют недостаток, который не удается преодолеть на протяжении более ста лет - они плохо воспроизводимы. Нестабильность результатов проявления серебром, связана с тем, что не выявлены и поэтому не контролируются все существенные параметры, влияющие на процесс образования наночастиц серебра.
Способность серебра избирательно поражать микроорганизмы, оставляя при этом нетронутыми клетки хозяина, давно применяется для создания дезинфицирующих растворов, антибактериальных и противовирусных препаратов широкого спектра действия. Однако в отношении оценки эффективных доз этих препаратов в литературе сохраняется большая неопределенность.
Обнаруженный в Лаборатории регуляции биосинтеза белка эффект ингибирования восстановления серебра из его комплексов с аминами (Малыгин и Султанова, 2002) низкими концентрациями диоксида углерода (С02) позволил предположить, что колебания концентрации С02 в воздухе могут быть причиной плохой воспроизводимости известных методик окрашивания серебром в биологических исследованиях, а также отражаться на его бактерицидных свойствах.
Актуальность темы диссертации обусловлена необходимостью систематического исследования эффекта ингибирующего действия С02 на образование наночастиц серебра и выявления тех областей практического использования коллоидного серебра, где этот эффект следует учитывать.
Цели и задачи исследования. Целью работы было систематическое исследование ингибирующего эффекта низких концентраций С02 на инициируемое белками образование наночастиц серебра из комплексов с аммиаком и с различными органическими аминами. В соответствии с этой целью были сформулированы следующие задачи:
1. Разработать простой химический метод для точного определения
абсолютного содержания С02 в воздухе.
Изучить влияние воздуха, содержащего С02, на окрашивание белков в ПААГ методом восстановления серебра из комплекса с алифатическими аминоспиртами и аммиаком.
Исследовать в гомогенной системе эффект ингибирования низкими концентрациями диоксида углерода образования наночастиц серебра из комплексов ионов серебра с аминами.
Исследовать влияние С02 на окрашивание серебром гистологических препаратов мозга крысы и на образование наночастиц серебра из комплексов с биогенными аминами: норадреналином, серотонином и гистамином.
Выяснить влияние С02 на бактерицидные свойства серебра на примере Escherichia coli.
Научная новизна работы. Подтверждено, что свободный контакт воздуха, содержащего 0,06 - 0,08 объемных % С02, с раствором комплекса серебра с аммиаком, используемого на первой стадии методики проявления белков в ПААГ, ингибирует восстановление серебра формальдегидом на последней стадии проявления. В прямых опытах доказано, что низкие концентраций С02 в воздухе ингибируют образование наночастиц серебра из комплексов с аммиаком и алифатическими аминоспиртами: этаноламином и 3-аминопропанолом-1 - в гомогенных растворах белка. Продемонстрировано ингибирующее действие С02 на восстановление серебра из комплексов с биогенными аминами нервной ткани: норадреналином, серотонином, гистамином - в растворе белка. Получены кинетические кривые ингибирования диоксидом углерода образования наночастиц серебра из комплексов с аминами и рассмотрен возможный механизм этого процесса. Показано, что колебания содержания С02 в воздухе могут быть причиной недостаточной воспроизводимости серебряных методов окрашивания срезов тканей мозга. Обнаружено, что повышенные концентрации С02 в воздухе усиливают токсичное действие серебра на клетки бактерии E.coli.
Научно-практическая ценность работы. Разработан простой химический метод определения низких концентраций С02 в воздухе и способ оценки точности метода при помощи калибровочных смесей с переменной концентрацией С02. Метод может быть использован как для определения низких концентраций С02 в воздухе с погрешностью до 0,002 объемных %, так и для контроля и градуировки инструментальных методов определения содержания газообразного С02. Результаты исследования ингибирования диоксидом углерода образования наночастиц серебра в ПААГ позволяют решить проблему недостаточной воспроизводимости методик окрашивания
гелей серебром. Данные об ингибировании диоксидом углерода восстановления серебра из комплексов с биогенными аминами и о влиянии С02 на окрашивание серебром срезов мозга, могут быть использованы для совершенствования соответствующих методик в гистологии. Усиление бактерицидного действия серебра повышенными концентрациями С02 в газовой фазе может учитываться при применении соединений серебра для дезинфекции в пищевой промышленности, ветеринарии и медицине.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на 10 научных конференциях. В частности, соискателем они доложены на: III Съезде биофизиков России (Воронеж, 2004); International Meeting «Photosynthesis in the Post-Genomic Era: Structure and Function of Photosystems» (Pushchino, 2006); IV Международной научной конференции «Биотехнология - охране окружающей среды» (Москва, 2006); III Российском симпозиуме «Белки и пептиды» (Пущино, 2007); VIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007); X Молодежной конференции по органической химии (Уфа, 2007); XX Зимней международной молодежной научной школе «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» (Москва, 2008); Международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (Москва, 2008).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК РФ, 10 тезисов в материалах конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения результатов и их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы ( 223 источников). Диссертация изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 4 таблицы.
