Bioluminescent Enzyme Inhibition Based Assay of Metal Nanoparticles

Abstract

The bioluminescent enzymatic bioassays for assessment of nanomaterial biotoxicity using the soluble or immobilized coupled enzyme system of luminous bacteria NAD(P)Н:FMN-oxidoreductase + luciferase (Red + Luc) as a test system were employed in this study. This method specifically detects the toxic properties of substances based on their effect on the parameters of the bioluminescent enzyme reactions. The commercially available metal nanoparticles (MNPs), including silver nanoparticles (Ag), nanoparticles of silicon dioxide (SiO2), and titanium dioxide (TiO2), of different sizes were tested in the study. The inhibitory effects of MNPs on the bioluminescent Red + Luc enzyme system were measured. Results indicated that the soluble Red + Luc coupled enzyme system was more sensitive to the inhibition effect of MNPs than its immobilized form. The inhibitory activity of MNPs decreased in the following order: Ag > TiO2 > SiO2. That correlated well with results of other biological methods. Due to substantial advantages such as technical simplicity, short response time and high sensitivity to analysis, this bioluminescent enzymatic bioassay has the potential to be developed as a general bioassay for safety assessment of a wide variety of nanomaterials

Предложен метод оценки биотоксичности наноматериалов, основанный на использовании в качестве объекта воздействия растворимой и иммобилизованной биолюминесцентной биферментной системы: НАД(Ф)·Н:ФМН-оксидоредуктаза и люцифераза. Принцип метода состоит в обнаружении токсических свойств тестируемых веществ по их влиянию на параметры биолюминесценции используемой биферментной системы. Проведено тестирование коммерчески доступных наночастиц на основе металлов (МНЧ), в том числе наночастиц серебра (Ag), и различающихся по размеру наночастиц диоксидов кремния (SiO2) и титана (TiO2). Эти МНЧ оказывают ингибирующий эффект на активность биферментной системы, причем растворимые ферменты в большей степени подвержены ингибирующему воздействию МНЧ по сравнению с иммобилизованными. Степень ингибирующего воздействия уменьшается в ряду Ag > TiO2 > SiO2, что согласуется с результатами других биологических методов. Биолюминесцентный ферментативный метод анализа занимает 2-3 мин, отличается высокой чувствительностью, технической простотой и может использоваться для оценки безопасности различных классов наноматериалов