Fullereny a DNA

Nanomateriály se nezadržitelně derou na výsluní a mnohé se dočkaly praktického uplatnění. Uhlíková nanovlákna dodávají pevnost plastům. Další nanočástice vytvářejí na okenních sklech ochranný filtr a zachycují tepelné záření. Nedovolí, aby se v parných letních dnech místnosti za okny měnily v pekelné výhně.

Nanočástice vděčí za své úžasné vlastnosti nepatrným rozměrům. Jsou menší než 0,1 mikrometru a díky tomu mají vzhledem k objemu poměrně velký povrch. Do jejich chování se už promítají efekty kvantové fyziky a nanočástice díky tomu vykazují vlastnosti, jakých větší částečky téhož materiálu nikdy nedosáhnou. Například chemicky zcela "netýkavé" zlato je v nanočástečkách překvapivě reaktivní.

Bohužel, nanočástice nám nepřipravují jen příjemná překvapení. Vědci je už nejednou přistihli při notně "nekalé činnosti". Například uhlíková nanovlákna vyvolávají po vdechnutí v plicích pokusných myší zánět, i když větší uhlíkové částice nic podobného nedělají. Stále naléhavěji proto zaznívají hlasy volající po důkladnější kontrole nanočástic a po podpoře výzkumu vlivu nanočástic na životní prostředí a lidské zdraví.

Chemici z americké Vanderbildt University vedení Peterem Cummingsem se rozhodli prověřit nanočástice tzv. fullerenů. Tyto kulovité molekuly složené z atomů uhlíku jsou toxické pro živočišné buňky. Ve vodním prostředí jsou s to proniknout do těla ryb a uhnízdit se až v jejich mozku. Vědci přesto nepovažovali přítomnost fullerenů v životním prostředí za velký problém. Jejich molekuly se velmi ochotně propojují do větších celků a jsou špatně rozpustné ve vodě. Ekologové předpokládali, že se fullereny nakonec z vody vysráží a klesnou ke dnu, kde nemohou napáchat velké škody.

Peter Cumming prověřil pomocí počítačových modelů reakce jednotlivých molekul fullerenů s dvojitou šroubovicí DNA a došel k překvapivému závěru. Fullereny mají pro DNA velkou slabost a ochotně se na ni vážou. K DNA je poutá silnější vazba, než jakou se vážou molekuly fullerenů navzájem. V nitru buněčného jádra by proto dávaly jednotlivé molekuly fullerenů přednost vazbě na DNA před shlukováním do větších neškodných "chumáčů".

Po navázání fullerenu se dvojitá šroubovice prohne. Tím je v buňce znemožněna oprava poškozených míst DNA speciálními údržbářskými enzymy. Ještě více zdeformuje fulleren DNA ve chvíli, kdy jsou její dva řetězce od sebe odděleny, aby se mohly vytvořit nové kopie DNA pro dceřinné buňky nebo aby se podle genů syntetizovala bílkovina.

"Předešlé výzkumy prokázaly, že fullereny pronikají do těla živočichů a v nich jsou s to vstupovat do nitra buněk," popisuje situaci Peter Cummings. "Zatím nevíme, jestli mohou v buňce postupovat ještě dál, pronikat do buněčného jádra a dostat se tak až k DNA, která je v jádru uložena. V naší studii jsme ale prokázali, že pokud se fullereny do jádra dostanou, mohou vyvolat opravdu vážné problémy. Toto podezření je třeba potvrdit nebo vyvrátit dalšími experimenty. Vzhledem k tomu, že zatím víme jen velmi málo o nežádoucích účincích nanomateriálů, jako jsou fullereny, zacházíme s nimi pro jistotu v laboratořích tak, jako kdyby byly opravdu nebezpečné."