Metallilised nanoosakesed ei ole elusolenditele ohutud
Kui kuulete sõna nanotehnoloogia, siis teadke, et teadmatult kasutate selle saavutusi juba ammu, määrides näkku päikesekaitsekreemi või pannes ette imeõhukeste kiledega kaetud prillid. Vähe sellest – te olete ka ise nanotehnoloog, kui süütate näiteks jaanilõkke, hoiate ahjus halutuld või läidate jõuluküünla. Lahtine tuli paiskab selliseid osakesi õhku lugematul arvul.
Ometi oleme jäänud ellu. Siiski ei ole nanoosakeste uurijate süda rahulik – üha laialdasem tööstuslik tootmine rikastab keskkonda uute ja senitundmatute aineosakestega, mis võivad kujutada ohtu mitte ainult meie rahakotile, vaid ka tervisele.
Kokkuleppeliselt peetakse nanoosakesteks selliseid tillukesi aineosakesi, mille vähemalt üks mõõde on alla 100 nanomeetri ehk siis, mis on juuksekarvast vähemalt tuhat korda peenemad. Silmaga neid muidugi ei näe, küll aga saab uurida füüsikaliste ja keemiliste meetoditega. Vähe sellest – appi saab võtta ka elusolendeid, soovitatavalt pisemaid sitikaid ja satikaid. Seda on oma teadustöös teinud ka Eesti teadlased.
Tunnustatud võrguväljaanne Science Watch tunnistas tänavu augustikuu üheks tsiteeritumaks artikliks ajakirjas Chemosphere ilmunud teadustöö, milles uuritakse nanoosakeste mürgisust ja mille autoriteks on keemilise ja bioloogilise füüsika instituudi (KBFI) teadlane Anne Kahru ja tema kolleegid Margit Heinlaan, Angela Ivask, Irina Blinova ja Henri-Charles Dubourguier. Kõnealune artikkel sattus kohe eriala asjatundjate pilgu alla.
Aine lõhkumine nanosuuruseni suurendab aine eripinda kuni miljoneid kordi, muutes aine keemiliselt aktiivsemaks. See on ka peapõhjus, miks nanorevolutsioonile nii suurt tulevikku ennustatakse – samal ainel on nanosuuruses täiesti uued omadused, millest võib võita nii tööstus kui ka meditsiin. „Teisalt võivad nanoskaalas materjalide uudsed füüsikalis-keemilised omadused suurendada nende ohtlikkust elusolenditele,” selgitab KBFI molekulaargeneetika labori juhataja Anne Kahru. „On näidatud, et nanoosakesed suudavad läbida ka kõige tugevamaid biobarjääre, sealhulgas aju-vere ehk hematoentsefaalset barjääri.”
Kahru ja tema kolleegid uurisid metallioksiididest nanoosakeste mürgisust mudelorganismidele. Need osakesed on titaandioksiid, tsinkoksiid ja vask-oksiid (TiO2, ZnO, CuO). Näiteks titaandioksiidi nanoosakesi toodetakse praegu maailmas juba 5000 tonni aastas ja vajaduse korral võib neid keemiafirmadelt osta purkide kaupa. Metallioksiididest nanoosakesi kasutatakse peamiselt kosmeetikatoodetes ja päikesekreemides, mille koostises need kaitsevad nahka ultraviolettkiirguse eest. Nanohõbe esineb aga nii haavaravivahendites (sidemed ja plaastrid) kui ka sokkides ja isegi aluspesus. Nõnda et nanoosakestest pole meil pääsu ei tööl, kodus ega puhkehetkel.
Hästi, nanoosakesed kaitsevad nahka kiirguse ja batsillide eest, kuid kas teisalt ka ohustavad?
Et seda teada saada, uurisid Eesti teadlased, mida metallioksiididest nanoosakestest arvavad mikroloomakesed. Mudel-organismidena kasutati bakterit nimega Vibrio fischeri, kirp-vähilist Thamnocephalus platyurus ja vesikirpu Daphnia magna. Et sellist uuringut tehti maa-ilmas ühena esimestest, tuntakse nende töö vastu suurt huvi.
„Me näitasime, et erinevalt mittemürgisest titaandioksiidist on bakteritele ja vesikirpudele märkimisväärselt mürgised tsinkoksiid ja vaskoksiid. Piisab, kui testlahuse liitri kohta on vaid paar milligrammi tsinkoksiidi, see on kirpvähi jaoks juba surmav annus,” ütleb Kahru.
Nanoosakeste mürgisust hinnatakse selle järgi, mitu korda bakterite arv väheneb või kui palju nende kasvukiirus aeglustub või kui palju väheneb nende bioluminestsents. Seda võrreldakse kontrollorganismidega, kellele mürkainet ei lisatud.
Jälgimise aeg sõltub aga loomakese elueast. Näiteks vesikirpude puhul on akuutse testi pikkus 48 tundi ja kroonilise testi, milles jälgitakse, kas nad ka järglasi saavad, kaks nädalat. Bakterite puhul võib ühekordne test olla vaid viieminutine – kui elutingimused on head, poolduvad mõned kiiremad bakterid juba 30 minuti jooksul.
Nanohõbe on kõige mürgisem
Tööst selgus veel üks oluline tõsiasi – metalliliste nanoosakeste mürgisus oleneb nende lahustuvusest. Nanoosakesed ise ei pea tingimata tungima rakkudesse, töö võivad teha nendes sisalduvate metallide lahustunud ioonid. Metallide väljalahustumist nanoosakestest saab uurida eriliste metallitundlike bakterite ehk geenitehnoloogiliselt muundatud sensobakterite abil, kes hakkavad helenduma, kui metalli ioon on rakku sisse saanud. Selliseid baktereid, näiteks vase, tsingi, elavhõbeda, kaadmiumi, plii ja teiste metallide äratundmiseks, on KBFI teadlased konstrueerinud ja kasutanud juba pea kümmekond aastat.
Tehes ülevaate nanoosakeste mürgisuse uurimisest maailmas, kirjutasid Anne Kahru ja tema kolleeg Henri-Charles Dubourguier hiljuti ajakirjale Toxicology ülevaateartikli, kus on esitatud seitset tüüpi nanoosakeste ja seitsme võrdluskemikaali toime seitset tüüpi organismidele – bakteritele, vetikatele, kirpvähkidele, ripsloomadele, kaladele, nematoodidele ja pärmidele. Äärmiselt mürgiseks hinnati nanohõbedat ja nano-tsinkoksiidi, väga mürgiseks fullereene (mis on 60-st süsiniku aatomist koosnevad molekulid-nanoosakesed) ja nanovaskoksiidi. Kõige tundlikumad nano-osakeste suhtes olid vetikad, kellele järgnesid kirpvähilised ja ripsloomad.
„Võib oletada, et just need organismigrupid satuvad nanoosakeste veekogudesse pääsemisel esimesena löögi alla,” järeldavad teadlased. Nanoosakeste keskkonnariski hindamisel on äärmiselt oluline võrrelda osakeste mürgisisaldust nende keskkonna tegelike kontsentratsioonidega. „Lihtne näide on suhkrusiirup, mis takistab mikroobide kasvu ja aitab näiteks moosil säilida isegi toatemperatuuril. See aga ei tähenda, et suhkur oleks keskkonnaohtlik kemikaal, sest siirupiga võrreldavas kontsentratsioonis seda loodusesse ilmselt kunagi ei satu, kommenteerib Kahru oma grupi teadustulemusi ajakirjas Keskkonnatehnoloogia.
Tsink ja vask on elusorganismidele väikeses koguses olulised mikroelemendid, ent alates teatud kontsentratsioonist mürgised. „Juba mürgilisuse teaduse ehk toksikoloogia isa Paracelsus ütles, et see, kas aine on mürk või ravim, sõltub kontsentratsioonist,” ütleb Kahru.
Kuid kui miski on mürgine bakterile või vesikirbule, kas siis ilmtingimata ka inimesele?
„Üldiselt on seos olemas, sest elu on küllaltki ühtne – mis on mürgine bakterile ja koorikloomale, see suure tõenäosusega ka inimesele,” vastab Kahru ja annab hüva nõu: „Bakteritsiidseid materjale, nagu bakteritsiidsed sokid, pesu ja seebid, ei ole minu arvates mõistlik argielus kasutada, sest peale kardetud pisikute hävitatakse ka inimese naha loomulik mikrofloora.”
