Jak si zelené řasy Chlamydomonas poradí s kvantovými tečkami?

Kvantové tečky jsou polovodičové nanokrystaly o rozměrech jednotek až několik desítek nanometrů. Jejich velikost přímo ovlivňuje optické a elektronické vlastnosti, díky nimž jsou dnes velmi populární v nanotechnologiích a objevují se v celé řadě výzkumných projektů i praktických aplikací. Často se využívají v medicíně, průmyslu i v dalších odvětvích. Vzhledem k jejich intenzivnímu uplatnění a také nepatrné velikosti se docela dobře může stát, že se dostanou do vody a následně i do potravinového řetězce vodních organismů. Pokud chceme používat kvantové tečky v každodenních technologiích, tak bychom nejprve měli obstojně znát jejich vliv na životní prostředí, včetně organismů, které tam žijí.

Radek Kaňa z Centra Algatech v Třeboni a Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, a jeho kolegové v mezinárodním výzkumném týmu, zhodnotili vliv kvantových teček na zelenou sladkovodní řasu Chlamydomonas reinhardtii. Tento jednobuněčný fotosyntetický bičíkovec o velikosti asi 10 mikrometrů je oblíbeným modelovým organismem, protože dokáže růst autotrofně na světle i heterotrofně na acetátu jako zdroji uhlíku. Vědci tuto řasu proto hojně používají k výzkumu celé řady problémů buněčné i molekulární biologie fototrofních mikroorganismů a hlavně pro studium fotosyntézy, procesu vytvářejícího bohaté organické sloučeniny (např. cukry) za využití světla. Protože fotosyntetické řasy náležejí k hlavním primárním producentům ve vodním prostředí, představují tím pádem klíčovou složku potravního řetězce ve sladkovodních a v mořských ekosystémech. Během experimentů badatelé sladkovodní řasu rodu Chlamydomonas (česky pláštěnka) vystavili několikadennímu působení nově vytvořených dvouvrstvých kvantových teček CdSe/ZnS (core/shell quantum dots), jejichž ZnS obal byl ještě potažený křemíkem. Takové kvantové tečky jsou přitom již dnes využívané a také slibné pro budoucí aplikace. Mají kulovitý tvar a velikost cca 25 nanometrů.

Výsledky experimentů a měření ukazují, že tyto kvantové tečky mají na řasu Chlamydomonas menší toxický vliv, než se předpokládalo a mohou zpočátku spíše urychlovat jejich životní cyklus. Do koncentrace 25 nanogramů na mililitr jsou nanotečky biokompatibilní a buňka si s nimi poradí. Autoři studie navíc pomocí konfokální mikroskopie potvrdili, že zmíněné kvantové tečky jsou řasami aktivně přijímány a vstupují tak do jejich buněk. Vzhledem k tomu se kvantové tečky takto mohou dostat do potravinového řetězce vodních ekosystémů, představují tím pádem hrozbu pro životní prostřední. Výsledky výzkumu ale také ukázaly, že právě zelené řasy (například Chlamydomonas reinhardtii) by se mohly stát základem pro vývoj nových postupů pro bioremediaci kvantových teček, čili jejich odstraňování z prostředí pomocí živých organismů.

  

Elzorkany, H. E., Farghali, M. A., Hassan, M. A., El-sayed, K., Canonico, M., Konert, G., Farroh, K., Elshoky, H. A., Kaňa, R. 2019. Ecotoxicology impact of silica-coated CdSe/ZnS quantum dots internalized in Chlamydomonas reinhardtii algal cells. Science of The Total Environment 666: 480–489.

Kontakt: Mgr. Radek Kaňa, Ph.D. (kana at alga.cz)


O přírodovědě.cz

Edukačně-popularizační portál Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích určený pro středoškoláky, jejich vyučující, ale i veřejnost. Představujeme zde naše aktivity, výzkumy a objevy.