Российские ученые создали защитные самоочищающиеся материалы
Полифункциональные материалы для химико-биологической защиты создали сотрудники кафедры химической энзимологии химфака МГУ совместно с коллегами из НИТУ «МИСиС», 1 июня сообщает пресс-служба МГУ.
Уникальность разработанных материалов состоит в том, что они не только защищают кожу от попадания токсинов и микробов, но и полностью уничтожают их. С этой целью они объединили при создании защитной ткани ферменты, антибиотики и наночастицы металлов.
Результаты исследования новых материалов приведены в статье «Комбинированная модификация волокнистых материалов ферментами и наночастицами металлов для химической и биологической защиты», опубликованной в International Journal of Molecular Sciences.
В ней авторы отмечают, что в настоящее время химико-биологическая безопасность по-прежнему играет огромную роль в жизнедеятельности человека как при химических атаках в военных операциях, так и в мирное время в случае техногенных катастроф, вызванных утечкой химических и биологических агентов, при применении ядохимикатов в сельском хозяйстве, контактах с патогенными микроорганизмами в медучреждениях и др.
Существующие защитные материалы обычно являются узкоспециализированными. При этом общим подходом к противодействию химическим и биологическим опасностям по-прежнему является изоляция от них.
Команда российских ученых пошла по пути создания универсальных материалов, исключающих как химическую, так и биологическую опасность, и одновременно с защитой выполняющих функцию по устранению биологических патогенов и токсичных химических соединений.
Завлабораторией экобиокатализа химического факультета МГУ, д. б. н., профессор Елена Ефременко рассказала:
«Наш интерес заключался в создании ткани, способной не только задерживать вредные агенты, но и уничтожать их. В первую очередь мы ввели в состав материала ферменты, способные гидролизовать (и тем самым нейтрализовать) целый ряд токсинов. Поскольку наша работа в основном направлена на защиту людей, работающих в области сельского хозяйства, такими токсинами стали фосфорорганические пестициды и продукты жизнедеятельности микроскопических грибов (микотоксины)».
При сборе урожая люди так или иначе контактируют с растениями, ранее обработанными фосфорорганическими пестицидами. Попытки отказаться от их применения с помощью создания генномодифицированных сортов, устойчивых к вредителям и сорнякам, пока желаемого результата не дали.
«Проблема заключается в том, что все эти пестициды имеют нервнопаралитическое воздействие на человека, — пояснила Елена Ефременко. — Попасть в организм они могут вместе с едой и жидкостями, а также при вдыхании и через кожу. После этого они начинают накапливаться в тканях и органах человека. Это создает большую угрозу для собирающих урожай».
Статистика сообщает, что ежегодно в мире от отравления пестицидами умирают около трехсот тысяч человек.
Решая вторую задачу — по защите человека от бактерий, ученые решили добавить антибиотики в материал, уже содержащий ферменты, разлагающие токсины. При этом им пришлось искать такие вещества, которые были бы совместимы друг с другом без снижения своих защитных функций.
В этом им помогло компьютерное моделирование. Елена Ефременко отметила: «Для нас было важно использовать биодеградируемый антибиотик, который не будет загрязнять окружающую среду, но при этом сможет хорошо действовать и не инактивирует фермент».
Разработчики пошли еще дальше — они подобрали фермент, нейтрализующий не только токсины, но еще и сигнальные молекулы, вырабатываемые бактериями для усиления их устойчивости к антибиотикам, что частично решило проблему привыкания бактерий к антибиотикам.
Окончательно решить задачу уничтожения вредных бактерий ученым помогли наночастицы тантала, поскольку привыкания у бактерий к воздействию металлов нет. Такие частицы вызывают гибель многих бактерий и при этом не имеют биологической активности и не влияют на организм человека.
Следующим этапом работы стало исследование эффективности разработанных материалов, для чего ученым пришлось разрабатывать специальную методику, так как традиционные методы микробиологии для них не подходят.
«Мы проводили экстракцию АТФ — молекул, концентрация которых отражает метаболическую активность клетки. Их содержание является характеристикой, похожей на температуру тела человека. Она выражает нечто суммарное от всех процессов, происходящих в клетках: если концентрация АТФ резко и сильно падает, можно смело говорить об их гибели. Так мы смогли отслеживать эффективность работы наших тканей при нанесении на них микроорганизмов», — рассказала Елена Ефременко.
Такая методика помогла отслеживать эффективность работы защитных тканей при нанесении на них микроорганизмов, что в итоге позволило добиться практически полного уничтожения микробов и токсинов на обработанных материалах.
В настоящее время, рассказали разработчики, новый материал проходит этап патентования.
