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Interaktion von Silbernanopartikeln mit Algen- und Fischzellen

 

Silber in Form von Nanopartikeln wird immer mehr in der Industrie und Medizin eingesetzt. Die Experimente von Kristin Schirmer und ihrem Team zeigen, dass Fischzellen Silbernanopartikel aufnehmen, während Algenzellen die Partikel in äusseren Zellwandstrukturen fangen. Unabhängig davon, ob die Partikel aufgenommen werden oder nicht, können sie an Proteine binden und die Funktion dieser Proteine stören.

Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Silber wirkt antimikrobiell und wird in zahlreichen Verbraucher- und Medizinprodukten in Form von Nanopartikeln eingesetzt. Die Menge an Produkten, die Nanosilber beinhalten, steigt rasant und entsprechend steigt auch die Menge an Nanosilber, das in die Umwelt gelangt. Kristin Schirmer und ihr Team prüften die Umweltverträglichkeit von Nanosilber am Beispiel von pflanzlichen und tierischen Wasserorganismen. Sie untersuchten in Algenzellen, die von einer Zellwand umgeben sind und in Fischzellen, die keine Zellwand besitzen, ob Nanosilber in die Zellen aufgenommen wird und wie die Nanopartikel mit Proteinen innerhalb und im direkten Umfeld der Zellen interagieren. Weiter untersuchten die Forschenden, ob Silberionen, die von Silbernanopartikeln freigesetzt werden können, toxische Effekte auf die Algen- oder Fischzellen haben.

Resultate

Die Untersuchungen zeigten, dass Nanosilber sowohl bei Algen- als auch bei Fischzellen zentrale Funktionen beeinflussen und damit eine toxische Wirkung haben können. Die Mechanismen, wie die Silbernanopartikel auf die Zellen wirken, sind jedoch für Algen- und Fischzellen unterschiedlich. Während Algenzellen die Silbernanopartikel nicht aufnehmen können, besitzen die Fischzellen ganz spezifische Transportmechanismen, mit denen die Nanopartikel durch die Zellmembran ins Innere der Zellen gelangen. Kristin Schirmer und ihr Team konnten nachweisen, dass Nanopartikel sowohl innerhalb als auch ausserhalb der Zellen mit Proteinen interagieren. Bei Algenzellen binden sie an Proteine, welche von den Algen ausgeschieden werden, um Nahrung zu zersetzen. Bei Fischzellen binden die Nanopartikel auch innerhalb der Zelle an hunderte von Proteinen, die sich um die Nanopartikel als sogenannte Proteinkorona sammeln. Die Forschenden konnten die einzelnen Proteine der Proteinkorona identifizieren und zeigen, dass diese wichtige Informationen dazu liefert, wie die toxischen Effekte der Nanopartikel zustande kommen. Sowohl bei Algen- als auch bei Fischzellen fanden die Forscher schädigende Effekte, die auf Silberionen zurückzuführen sind, die von den Silbernanopartikeln freigesetzt wurden.

Bedeutung

Das Projekt zeigt die grosse Dynamik auf und identifiziert verschiedene Mechanismen, mit der Silbernanopartikel mit pflanzlichen und tierischen Zellen interagieren. Dieses Verständnis ist essentiell, um die Risiken der Freisetzung von Nanosilber in die Umwelt richtig einzuschätzen und bildet eine Basis, um eine umweltverträgliche Anwendung von Nanopartikeln in der Industrie und in der Medizin zu gewährleisten.

Originaltitel

Interaction of metal nanoparticles with aquatic organisms (MeNanoqa)

Projektleitung

  • Prof. Kristin Schirmer

Weitere Gesuchstellende

  • Dr. Renata Behra
  • Prof. Laura Sigg
  • Dr. Marc Suter

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Kristin Schirmer Umwelttoxikologie UTOX
EAWAG
Überlandstrasse 133 8600 Dübendorf +41 44 823 52 66 kristin.schirmer@eawag.ch