Научный сотрудник НИЛ OpenLab Бионанотехнологии Института фундаментальной медицины и биологии Казанского федерального университета, кандидат биологических наук Гульнур Фахруллина разрабатывает новый метод детоксикации микропластика.

Ее проект «Керамические наночастицы и трансплантация микрофлоры для контроля токсичности микропластика на модели свободноживущих нематод (Caenorhabditis elegans и Turbatrix aceti)» стал победителем конкурса грантов Российского научного фонда на 2021-2022 годы.

Полимерные материалы, попадая в виде отходов в окружающую среду, в процессе измельчения превращаются в нано- и микроразмерные частицы различного химического состава и морфологии, получившие собирательное название «микропластик». Микропластик – это твердые полимерные частицы размером менее пяти мм; частицы размером менее одного мкм относят к нанопластику.

«Коллоидные частицы микропластика практически не разрушаются на протяжении многих лет. Микропластик накапливается в органах и тканях животных и человека. Учитывая рост объемов пластиковых отходов и увеличение путей поступления микропластика в организм человека как по пищевой цепи (при поедании животными, которые могут проглатывать частицы пластика), так и непосредственно с водой, пищевой солью и даже при дыхании, возникает очевидная необходимость в разработке способов снижения токсических эффектов микропластика», – отмечает Гульнур Фахруллина.

Проект направлен на разработку научных основ снижения токсических эффектов микропластика. При его реализации будут разработаны методы детоксикации нано- и микропластика с использованием неорганических энтеросорбентов природного происхождения и трансплантированной микрофлоры кишечника. Будет осуществлено определение корреляции токсичности микропластика с распределением частиц в тканях свободноживущих нематод (на примере двух видов – Caenorhabditis elegans и Turbatrix aceti), а также с составом их кишечной микрофлоры. Также, будут разработаны алгоритмы количественной оценки распределения исследуемых материалов в биологических образцах с использованием искусственного интеллекта.

«Мы занимаемся исследованиями с использованием нематод с 2012 года. Ранее, нами было показано, что глинистые наночастицы способны к ремедиации окислительного стресса, кроме того, в предыдущих исследованиях мы установили, что трансплантация экзогенной и во многом экзотической микробиоты в кишечник нематод приводит к снижению окислительного стресса в присутствии агрессивной среды (в качестве него были взяты нефтепродукты). Мы пришли к выводу, что благодаря введенной микробиоте нематоды способны расщеплять и утилизировать нефтеотходы, которые были введены в кишечник», – подчеркнула Г.Фахруллина.

Уникальность проекта заключается в использовании неорганических керамических микрочастиц (каолинит и галлуазит) в качестве энтеросорбента, позволяющего минимизировать высвобождение активных форм кислорода, которые рассматриваются как один из основных факторов токсичности микропластика. В экспериментах будут использованы свободноживущие нематоды Caenorhabditis elegans и Turbatrix aceti, основным источником питания которых являются бактерии. Одновременное применение неорганических керамических наночастиц и бактерий позволит нивелировать токсический эффект, вызываемый повышенными концентрациями микропластика. Кроме того, в работе будет осуществлена разработка методологии высокопроизводительного анализа и классификации частиц микропластика в тканях нематод с использованием алгоритмов искусственного интеллекта и машинного обучения (нейросетевые технологии).

Отметим, искусственный интеллект будет задействован как для диагностики состояния нематод в процессе анализа микрофотографий, так и для выявления и классификации частиц микропластика внутри червей.

«Основным результатом проекта станут новые методы детоксикации микропластика с помощью керамических частиц и микроорганизмов. Также будет разработана методика идентификации частиц микропластика и алюмосиликатов в тканях нематод с использованием алгоритмов машинного обучения, основанная на анализе данных по визуализации нано- и микрочастиц с использованием различных техник микроскопии. Будут изучены пути проникновения полимерных нано- и микрочастиц в ткани и органы нематод, определены механизмы токсического воздействия полистирола и полиметакрилата», – заключила Г.Фахруллина.