В настоящее время биологические эффекты наноструктур представляют значительный интерес для биомедицины и экологических технологий. Модифицируемость поверхностей наночастиц разнообразит их взаимодействие с окружающей средой и организмами. Эта сложность не позволяет прогнозировать биоэффекты наночастиц исключительно на основе физико-химических характеристик, поэтому должны быть задействованы интегральные и неспецифические методы биологической оценки. Биолюминесцентные биотесты являются перспективными кандидатами для сравнения биологической активности различных наночастиц (НЧ) из-за простоты и высокой скорости анализа. В данном исследовании биолюминесцентные биотесты были адаптированы для мониторинга и сравнения биоэффектов различных НЧ. Для мониторинга токсичности, антиоксидантной активности и радиопротекторных свойств наносоединений разработаны и применены клеточный и ферментативный биотесты (светящиеся морские бактерии Photobacterium phosphoreum и их ферментативные реакции соответственно). В качестве сигнального физиологического параметра использовали интенсивность биолюминесценции. Исследованы НЧ, различающиеся структурой ядра и модификацией поверхности: (1) фуллеренолы с разным размером каркаса, количеством кислородных заместителей, участием эндоэдрального и экзоэдрального металла, (2) НЧ оксида железа с разными модификаторами поверхности, (3) НЧ золота, а также (4) гуминовые вещества - наноструктуры природного происхождения. Были использованы два дополнительных метода: содержание активных форм кислорода (АФК) оценивали с помощью хемилюминесцентного люминольного метода, а бактериальную инфраструктуру отслеживали с помощью электронной микроскопии. Специфические эффекты НЧ объясняли гидрофобными взаимодействиями с участием клеточных мембран, сродством к электрону и нарушением баланса АФК в биолюминесцентных системах. Таким образом, биолюминесцентные биотесты, клеточные и ферментативные, являются подходящими экспресс-инструментами для изучения и сравнения биоэффектов НЧ и нанообъектов.

Presently, the biological effects of nanostructures are of significant interest for biomedicine and environmental technologies. The modifiability of nanoparticle surfaces diversifies their interactions with surrounding media and organisms. This complexity prevents the prediction of nanoparticle bioeffects based solely on physico-chemical characteristics; integral and nonspecific biological assessment methods should be involved. Bioluminescent assays are prospective candidates for the comparison of the biological activity of various nanoparticles (NPs) due to simplicity and high-throughput capacity. In current study, bacterial bioluminescence assays were adapted to monitor and compare bioeffects of different NPs. Cellular and enzymatic assays (luminous marine bacteria Photobacterium phosphoreum and their enzymatic reactions, respectively) were developed and applied to monitor toxicity, antioxidant activity and radioprotective properties of nanocompounds; bioluminescence intensity was applied as a signaling physiological parameter. We studed NPs differed in core structure and surface modification: (1) fullerenols with different cage size, a number of oxygen substituents, involvement of endohedral and exohedral metal, (2) iron oxide NPs with different surface modificators, (3) gold NPs, as well as (4) humic substances - nanostructures of natural origination. Two additional methods were used: reactive oxygen species (ROS) content was estimated with a chemiluminescent luminol method, and bacterial infrastructure was monitored using electron microscopy. The peculiar bioeffects of NPs were explained with hydrophobic interactions involving cellular membranes, electron affinity and disturbing of ROS balance in the bioluminescence systems. Thus, the bioluminescence bioassays, cellular and enzymatic, are appropriate express tools for studying and comparing the bioeffects of NPs and nanostructures.