Gli ioni d'argento interrompono il metabolismo cellulare nell'alga verde Chlamydomonas reinhardtii (foto), funzioni inibitorie come la fotosintesi. Credito:Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
È noto da tempo che, sotto forma di ioni liberi, le particelle d'argento possono essere altamente tossiche per gli organismi acquatici. Eppure fino ad oggi, mancano conoscenze dettagliate sulle dosi necessarie per innescare una risposta e su come gli organismi affrontano questo tipo di stress. Per saperne di più sui processi cellulari che avvengono nelle cellule, scienziati dell'Istituto di ricerca acquatica, Eawag, sottopone le alghe a una gamma di concentrazioni di argento.
Nel passato, l'argento si è diffuso principalmente nell'ambiente in prossimità delle miniere d'argento o attraverso le acque reflue provenienti dall'industria fotografica. Più recentemente, le nanoparticelle d'argento sono diventate comuni in molte applicazioni - come ingredienti nei cosmetici, imballaggio alimentare, disinfettanti, e abbigliamento funzionale. Sebbene un recente studio condotto dal Fondo nazionale svizzero per la scienza abbia rivelato che la maggior parte delle nanoparticelle d'argento viene trattenuta negli impianti di trattamento delle acque reflue, solo poco si sa della persistenza e dell'impatto del nano-argento residuo nell'ambiente.
Infiltrarsi nel metabolismo energetico sotto copertura
Smitha Pillai del Dipartimento di tossicologia ambientale dell'Eawag e i suoi colleghi dell'EPFL e dell'ETH di Zurigo hanno studiato l'impatto di varie concentrazioni di ioni d'argento trasportati dall'acqua sulle cellule delle alghe verdi Chlamydomonas reinhardtii . L'argento è chimicamente molto simile al rame, un metallo essenziale per la sua importanza in diversi enzimi. A causa di ciò, l'argento può sfruttare i meccanismi di trasporto del rame delle cellule e intrufolarsi in esse sotto copertura. Questo spiega perché, già dopo poco tempo, le concentrazioni di argento nel fluido intracellulare possono raggiungere fino a mille volte quelle dell'ambiente circostante.
Una pronta risposta
Rappresentazione schematica delle vie biologiche in C. reinhardtii affetto da Ag+. La tossicità e le vie di risposta adattativa, come derivato dal collegamento delle risposte del trascrittoma e del proteoma agli effetti fisiologici. Credito:Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Poiché l'argento danneggia gli enzimi chiave coinvolti nel metabolismo energetico, anche basse concentrazioni possono dimezzare la fotosintesi e i tassi di crescita in soli 15 minuti. Nello stesso arco di tempo, i ricercatori hanno anche rilevato cambiamenti nell'attività di circa 1000 altri geni e proteine, che hanno interpretato come una risposta al fattore di stress - un tentativo di riparare il danno indotto dall'argento. A basse concentrazioni, l'apparato di fotosintesi delle cellule recuperato entro cinque ore, e i meccanismi di recupero erano sufficienti per gestire tutte le concentrazioni testate tranne quelle più elevate.
Una serie di domande senza risposta
A prima vista, i risultati sono rassicuranti perché le concentrazioni di argento a cui sono soggette le alghe nell'ambiente sono raramente così elevate come quelle applicate in laboratorio, che consente loro di recuperare rapidamente, almeno esternamente. Ma gli esperimenti hanno anche mostrato che anche basse concentrazioni di argento hanno un effetto significativo sui processi intracellulari e che le alghe deviano la loro energia per riparare i danni subiti. Questo può rappresentare un problema quando altri fattori di stress agiscono in parallelo, come l'aumento delle radiazioni UV o altri composti chimici. Inoltre, rimane sconosciuto fino ad oggi se le cellule hanno un meccanismo attivo per trasportare fuori l'argento. In mancanza di un tale meccanismo, l'argento potrebbe avere effetti negativi sugli organismi superiori, dato che le alghe sono in fondo alla catena alimentare.
