Они могут повреждать клетки и белки
Американские химики выяснили, что частицы микропластика при контакте с водой могут генерировать активные гидроксильные радикалы, способные повреждать клетки и биомолекулы. Для образования радикалов не нужен ни солнечный свет, ни присутствие окислителей — достаточно микропластика и воды. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Ученые и медики находят все больше доказательств того, что микропластик (частицы пластика размером пять миллиметров и менее) вреден для здоровья. Например, известно, что мелкие частицы пластика повреждают некодирующую РНК сперматозоидов и повышают риск инфаркта миокарда. Однако насчет механизма этих процессов единого мнения до сих пор нет. Дело в том, что сами по себе пластики (полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиэтилентерефталат) — нетоксичные и химически инертные материалы. Из разных видов пластика изготавливают детскую посуду, медицинское оборудование и емкости для хранения агрессивных кислот. Микропластик считается более активным и токсичным, однако чаще всего его вредные действия связывали с сорбцией других веществ. Например, микрочастицы полистирола могут связываться с солями металлов и компонентами солнцезащитного крема, увеличивая их токсичность.
Американские химики под руководством Вэя Миня (Wei Min) из Колумбийского университета показали, что токсичность микропластика может возникать и в отсутствие металлов. Сначала ученые смешали порошок микрочастиц полистирола с водным раствором красителя метилового оранжевого. За десять дней краситель полностью обесцветился. Серия экспериментов показала, что для красителя опасно сочетание частиц полистирола и воды. Если добавить частицы полистирола к раствору метилового оранжевого в безводном этаноле или другом органическом растворителе, обесцвечивания не произойдет. Просто в водном растворе без частиц краситель тоже оставался стабильным.
С помощью метода спектроскопии электронного парамагнитного резонанса ученые выяснили, что причина в образовании активных частиц — гидроксильных радикалов OH*. Они образуются при отрыве электрона от привычных гидроксильных ионов OH-, которые всегда присутствует в водных растворах. Такие OH* радикалы очень активны — именно они атаковали молекулу метилового оранжевого и повреждали ее. Радикалы образуются не только на полистироле — Минь и его коллеги обнаружили их в водных растворах пяти других популярных пластиков — полиэтилена, полипропилена, полиэтилентерефталата, поливинилхлорида и полиметилметакрилата. Неожиданно больше всего радикалов генерировали гидрофобные пластики (полипропилен и полиэтилен). С помощью молекулярно-динамического моделирования и квантово-химических расчетов авторы предложили следующее объяснение. Во-первых, вблизи более гидрофобных пластиков вода образует меньше водородных связей. Из-за этого гидроксильные ионы OH- оказываются менее плотно окружены молекулами воды, то есть более открыты для окисления. Во-вторых, на границе контакта гидроксильных пластиков с водой возникает более сильное электрическое поле, дополнительно облегчающее отрыв электрона от OH-. Авторы подчеркнули, что для образования радикалов по этому механизму не нужен ни солнечный свет, ни присутствие окислителей — достаточно только микропластика и воды.
Дальнейшие эксперименты подтвердили, что образующиеся радикалы могут повреждать белки и клетки. При контакте с микрочастицами полистирола белок лизоцим образовывал агрегаты, а эритроциты мышей теряли нормальную форму. При этом негативное влияние на белки можно уменьшить, покрыв частицы поверхностно-активным веществом или добавив в раствор кофеин — вещество, связывающее гидроксильные радикалы.
Таким образом, авторы обнаружили ранее неизвестный механизм, с помощью которого микропластик может повреждать биомолекулы и клетки. Масштабы повреждений и их последствия для здоровья человека еще предстоит изучить.
Ранее мы рассказывали, что деградация полистирола замедляется в морской воде — активные радикалы взаимодействуют с ионами соли и реже атакуют поверхность материала. А о том, почему ученые часто ошибаются в расчетах концентрации микропластика, можно почитать в нашем материале «Перчаткогейт».