Les bactéries teintées de points quantiques arrêtent la digestion chez le protozoaire, et les vacuoles alimentaires avec des matières non digérées s'accumulent, vu dans l'image de droite. Ceci est en contraste avec la condition normale des protozoaires mangeant des bactéries non traitées, vu dans l'image de gauche. Crédit :UCSB
Une équipe interdisciplinaire de chercheurs de l'UC Santa Barbara a réalisé une étude révolutionnaire sur la façon dont les nanoparticules sont capables de se bioamplifier dans une simple chaîne alimentaire microbienne.
"C'était une simple curiosité scientifique, " a déclaré Patricia Holden, professeur à la Bren School of Environmental Science &Management de l'UCSB et auteur correspondant de l'étude, publié dans une première édition en ligne de la revue Nature Nanotechnologie . "Mais c'est aussi d'une grande importance pour ce nouveau domaine d'étude de l'interface de la nanotechnologie et de l'environnement."
Les co-auteurs de Holden de l'UCSB incluent Eduardo Orias, professeur-chercheur de génomique au Département de Moléculaire, biologie cellulaire et du développement ; Galien Stucky, professeur de chimie et biochimie, et matériaux; et étudiants diplômés, post-doctorants, et les chercheurs du personnel Rebecca Werlin, Randy Mielke, Jean Prêtre, et Peter Stoimenov. Les autres co-auteurs sont Stephan Krämer, du California Nanosystems Institute, et Gary Cherr et Susan Jackson, du laboratoire marin UC Davis Bodega.
La concentration de points quantiques (barres noires), mesuré par le cadmium, augmenté de la proie bactérienne au prédateur protozoaire - un résultat appelé bioamplification. Crédit :UCSB
Selon Holden, une collaboration préalable avec Stucky, Stoimenov, Prêtre, et Mielke a fourni la base de cette recherche. Dans cette étude précédente, les chercheurs ont observé que des nanoparticules formées à partir de séléniure de cadmium pénétraient dans certaines bactéries (appelées Pseudomonas) et s'y accumulaient. "Nous savions déjà que les bactéries intériorisaient ces nanoparticules de notre étude précédente, " dit Holden. " Et nous savions aussi qu'Ed (Orias) et Rebecca (Werlin) travaillaient avec un protozoaire appelé Tetrahymena et des nanoparticules. Nous les avons donc approchés et leur avons demandé s'ils seraient intéressés par une collaboration pour évaluer comment le prédateur protozoaire est affecté par les nanoparticules accumulées à l'intérieur d'une proie bactérienne. du programme californien de recherche et de formation sur les substances toxiques.
Les scientifiques ont répété la croissance des bactéries avec des points quantiques dans la nouvelle étude et l'ont couplée à une étude de transfert trophique –– l'étude du transfert d'un composé d'un niveau inférieur à un niveau supérieur dans une chaîne alimentaire par prédation. « Nous avons examiné la différence avec le prédateur car il grandissait aux dépens de différents types de proies –– des proies « contrôles » sans aucun métal, proie qui avait été élevée avec un sel de cadmium dissous, et des proies qui avaient été cultivées avec des points quantiques de séléniure de cadmium, " dit Holden.
Ils ont découvert que la concentration de cadmium augmentait dans le transfert des bactéries aux protozoaires et, dans le processus de concentration croissante, les nanoparticules étaient pratiquement intactes, avec très peu de dégradation. "Nous avons pu mesurer le rapport du cadmium au sélénium dans les particules qui se trouvaient à l'intérieur des protozoaires et constater qu'il était sensiblement le même que dans les nanoparticules d'origine qui avaient été utilisées pour nourrir les bactéries, " dit Orias.
Le fait que le rapport cadmium/séléniure ait été conservé tout au long de l'étude indique que les nanoparticules ont elles-mêmes été bioamplifiées. « La bioamplification –– l'augmentation de la concentration de cadmium comme traceur de nanoparticules de proie à prédateur –– c'est la première fois que cela est signalé pour des nanomatériaux dans un environnement aquatique, et impliquant en outre des formes de vie microscopiques, qui constituent la base de tous les réseaux trophiques, " dit Holden.
Une implication est que les nanoparticules à l'intérieur des protozoaires pourraient alors être disponibles pour le prochain niveau de prédateurs dans la chaîne alimentaire, ce qui pourrait entraîner des effets écologiques plus larges. "Ces protozoaires sont fortement enrichis en nanoparticules car ils se nourrissent de bactéries à points quantiques, " Dit Hold. " Parce qu'il y avait des effets toxiques sur les protozoaires dans cette étude, on craint qu'il puisse également y avoir des effets toxiques plus haut dans la chaîne alimentaire, surtout dans les milieux aquatiques."
Une des missions de l'UC CEIN est d'essayer de comprendre les effets des nanomatériaux dans l'environnement, et comment les scientifiques peuvent prévenir tout effet négatif possible qui pourrait constituer une menace pour toute forme de vie. "Dans ce contexte, on pourrait soutenir que si vous pouviez « concevoir » quelle que soit la propriété des points quantiques les fait entrer dans les bactéries, alors nous pourrions éviter cette conséquence potentielle, " Holden a déclaré. "Ce serait une façon positive de voir une étude comme celle-ci. Maintenant, les scientifiques peuvent regarder en arrière et dire, « Comment pouvons-nous empêcher que cela se produise ? » "
