Nematoder utvikler toleranse mot gifteffekter av nanosølv

  • 3D-illustrasjon av sølvnanopartikler
    Foto
    Kateryna Kon/Shutterstock

Lisa Magdalena Rossbach sitt doktorgradsarbeid viser at nematoder som utsettes kontinuerlig over flere generasjoner for lave nivåer av nanosølv (nanopartikler av sølv), evolverer for å tilpasse seg denne eksponeringen.

Nematoder utvikler toleranse mot gifteffekter av nanosølv

Nematodene endret sin fysiologi for å kunne opprettholde den reproduktive kapasiteten, mens antioksidant-forsvarsmekanismene kun viste mindre endringer.

Produksjon og applikasjon av nanopartikler har økt dramatisk de siste årene, og den forventes å øke ytterligere i årene som kommer. Nanosølv er den desidert mest anvendte typen, og på grunn av sølvets antibakterielle egenskaper brukes det i bandasjer, kosmetikk, tekstiler og emballasje.

Nanopartikler har en høy grad av utvasking fra forbrukerprodukter. Dette medfører akkumulering av i deponier og terrestriske miljøer.

– Til tross for at nanosølv er blant de mest studerte nanomaterialene til dags dato, har vi fortsatt ikke tilstrekkelig kunnskap om partiklenes toksisitet, sier ph.d.-kandidat Lisa Magdalena Rossbach.

Hvor toksisk er det egentlig?

Resultater fra toksisitetstester på nanosølv er vanskelig å sammenligne på grunn av forskjeller i eksponeringsmedier, organismer, partikkelegenskaper og endepunktene som er studert. Toksisitetsstudier fokuserer primært på eksponering av et bestemt livsstadium eller en enkelt generasjon av en organisme. Det er fortsatt stor usikkerhet knyttet til langtidseffekter og det er en stor mangel på studier som går over flere generasjoner.

Toksisitet og antioksidantbeskyttelse

Rossbach har studert toksisiteten av nanosølv på nematoden Caenorhabditis elegans.

Hennes prosjekt ble designet for å teste effekter av partiklene på nematoder over flere generasjoner. Hun sammenlignet giftigheten av Ag NP NM300K i forhold til AgNO3 (sølvnitrat).

– Jeg har også undersøkt nematodens antioksidantforsvar etter eksponering, og endringer i toksiske effekter over seks generasjoner, forklarer hun.

Påvirker reproduksjon

Rossbach har målt vekst, fruktbarhet og reproduksjon, samt opptak og retensjon av nanopartikler hos nematodene.

– Det var et konsistent og sammenlignbart doseresponsforhold for alle parameterne, sier hun.

Den mest sensitive var reproduksjon, hvor konsentrasjonene av AgNO3 og NM300K Ag NP var av liknende størrelser.

– Resultatene indikerer også at eksponeringsmiljøet kan ha betydning for den toksiske responsen.

 

Nematoder
Nematoder
Foto
Lisa Magdalena Rossbach

Oksidasjon i tarmene

Hun har undersøkt endringer i nematodenes tarmceller som følge av å bli utsatt for nanopartiklene. Begge typer sølv induserte økt intracellulær peroksidkonsentrasjon og endringer i cellenes redoksstatus.

– Forsøkene viste en oksidativ stressrespons som var konsistent med toksiske effekter på vekst og reproduksjon, sier Rossbach.

Det var også forskjeller i vevsfordeling mellom de to formene av sølv. Endringene tydet på at Ag NP primært interagerer med tarmepitelet. Til sammenligning påvirket AgNO3 celler og vev i hele kroppen.

– Jeg fant en 60% økning i oksidasjonsnivået i epitelcellene i tarmen ved høye nivåer av nanosølv, sammenlignet med lavere nivåer av AgNO3.

Endringer i vekst og fruktbarhet

Seks generasjoner av nematoder ble utsatt for løsninger av AgNO3 eller nanosølv. Toksisitetstester ved slutten av hver generasjon ble brukt til å overvåke endringer i vekst, fruktbarhet og reproduksjon.

Rossbachs resultater viste at både vekst og fruktbarhet hos nematodene var signifikant mer følsom overfor AgNO3 sammenliknet med nanosølv.

Økt sensitivitet ovenfor cerium

Eksponering ovenfor en stressor har vist seg å kunne forandre den toksiske responsen til andre stressorer. Etter eksponering over flere generasjoner ovenfor enten AgNO3 eller Ag NP, ble nematodene eksponert for cerium (Ce3+), ceriumdioksid-nanopartikler (CeO2 NP), kadmium (Cd2+), kobber (Cu2+) og paraquat i standard toksisitetstester.

Etter å bli eksponert for enten AgNO3 eller Ag NP over flere generasjoner, viste nematodene ingen endringer i sensitivitet ovenfor eksponering for kadmium, kobber og CeO2 NP.

Både nematoder tidligere eksponert for Ag NP og AgNO3 viste økt følsomhet overfor Ce-ioner sammenlignet med kontrollgruppen. Multigenerasjonseksponering mot Ag NPs gjorde imidlertid reproduksjon hos nematodene mindre følsomme overfor paraquat.

Behov for eksponeringsstudier over flere generasjoner

– Det er viktig med eksponeringsstudier som går over flere generasjoner, sier Rossbach.

Dette fordi det er svært sannsynlig at organismer som blir utsatt for giftstoffer i miljøet vil bli utsatt for dem over lang tid, også over flere generasjoner.

– Bruken av nanopartikler øker kontinuerlig, og vi må derfor vite mest mulig om hva slags effekter de har på miljøet rundt oss.

Rossbach forsvarer sin avhandling "Enkelt og multigenerasjonsstudier av toksisitet og adaptive mekanismer i nematoden Caenorhabditis elegans” fredag 28. juni 2019. 

Published 27. juni 2019 - 23:27 - Updated 1. juli 2019 - 10:42