Изучение взаимодействия клеток пивоваренных дрожжей Saccharomyces cerevisiae с магнитными жидкостями

Введение

Применение магнитоуправляемых материалов открывает новые возможности сорбционных технологий, по извлечению экотоксикантов из водной среды [8,10,13]. Придание сорбентам магнитных свойств осуществляется обработкой предполагаемых сорбционных материалов магнитными жидкостями (МЖ) на основе магнетита [12]. В последние годы в мировой практике все шире стали применять для ремедиации сточных и поверхностных вод биосорбционные технологии, основанные на применении живых или мертвых микроорганизмов различных таксономических групп, в частности, дрожжевых клеток Saccharomyces сerevisiae, составляющих практически неисчерпаемый ресурс для получения на их основе дешевых сорбентов.

В предшествующих наших работах были показаны сорбционно-аналитические свойства клеточных стенок дрожжей и возможность применения биосорбентов на их основе [3]. Совместная иммобилизация КСД и магнетита в Са-альгинатный гель привело к созданию нового перспективного смарт-материала широкого инженерно-технологического и экологического назначения [4,6]. В связи с этим изучение взаимодействия микроорганизма с ферромагнитными жидкостями приобретает особую актуальность.

Cледует особо отметить, что изучение взаимодействия живых клеток с наноматериалами вообще представляет огромный интерес, так как оценка таких взаимодействий может быть использована для выявления токсичных свойств наноматериалов и направленного изменения свойств клеток, визуализации клеточных органелл, высокоточной идентификации микроорганизмов и применения клеток в качестве трехмерных темплатов [7].

Цель настоящей работы заключается в изучении характера взаимодействия клеток пивоваренных дрожжей Saccharomyces сerevisiae с компонентами магнитных жидкостей на основе синтезированного магнетита.

Материалы и методы

В работе использовали культивируемые клетки пекарских дрожжей Saccharomyces сerevisiae штамм W37, нативные и подвергнутые тепловой обработке в кипящей воде в течение 20 минут.

Для этого навеску 2 г сухих дрожжей суспендировали в 10 мл раствора 0,1 М ацетатного буфера с рН 5,2. Затем осадок отделяли от жидкой фазы центрифугировнием при 3000 об/мин в течение 15 мин.

Полученную биомассу дрожжей инкубировали в течение 2 часов с магнитной жидкостью на основе синтетического магнетита, стабилизированной хлорной кислотой. Магнетит получали по методике [1,11]. Концентрацию наночастиц магнетита в образце магнитной жидкости определяли колориметрическим методом с использованием фотоколориметра КФК-3[9].

Процедура получения магнитомеченных дрожжевых клеток заключалась в следующем:

3 мл суспензии дрожжей смешивали с 1 мл магнитной жидкости и инкубировали при 30⁰ С в течение 2 часов при перемешивании. При этом большинство дрожжевых клеток становились магнитомодифицированными. Немагнитные дрожжевые клетки отделяли от модифицированных с использованием постоянного магнита. Остаточную магнитную жидкость также удаляли, применяя многократную отмывку ацетатно-буферным раствором до получения прозрачного супернатанта.

Аналогичным способом проводили магнитную модификацию мертвых дрожжевых клеток, полученных при термической обработке дрожжей.

Полученные образцы модифицированных дрожжевых клеток промывали, фиксировали и подготавливали для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) [5]. Изображения были получены на микроскопе Jeol 1200 EX (Япония) при ускоряющем напряжении 80 kV.

Результаты и обсуждение

Просвечивающая электронная микроскопия является одним из основных инструментов, применяемых для изучения взаимодействия наночастиц и живых клеток.

На рис. 1 представлены микрофотографии, полученные с помощью ПЭМ. Снимки показали небольшое количество магнитных наночастиц на поверхности клеточной стенки дрожжей и значительно большее количество их во внутреннем пространстве клеток. Также видно, что именно наноразмерные частицы магнетита находятся между клеточной стенкой и плазматической мембраной, т.е. периплазматическом пространстве PS (Periplasmatic Space).