Dokument: Effekte von Silica-Nanopartikeln auf den Modellorganismus Caenorhabditis elegans

Titel:	Effekte von Silica-Nanopartikeln auf den Modellorganismus Caenorhabditis elegans
Weiterer Titel:	Effects of Silica-Nanoparticles on the Model Organism Caenorhabditis elegans
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=20078
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20111213-121505-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Pluskota, Adam [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 1,56 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 13.12.2011 / geändert 13.12.2011
Beitragende:	Prof. Dr. von Mikecz, Anna [Gutachter] Prof. Dr. Aberle, Hermann [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Silica-Nanopartikel werden bereits seit Jahrzehnten in industriellem Maßstab hergestellt. Sie finden in vielfältigen technischen Prozessen und in einer breiten Produktpalette Anwendung. Ihre potenziellen Interaktionen mit biologischen Systemen sind bislang jedoch unzureichend verstanden. Einige Studien berichten von nachteiligen biologischen Auswirkungen. In der vorliegenden Arbeit sollen Interaktionen von Silica-Nanopartikeln mit zellulären Proteinen und deren mögliche Auswirkungen auf den Modellorganismus Caenorhabditis elegans untersucht werden. Die Silica-Partikel Interaktionen in vitro wurden in Fällungsexperimenten untersucht. Es zeigte sich, dass sowohl Silica-Nanopartikel als auch feine Silica-Partikel ausgewählte zelluläre Proteine adsorbieren. Die Protein-Partikel-Komplexe bilden sich in weniger als 5 Minuten und sind über einen Zeitraum von mindestens 16 Stunden stabil. Aufgrund der Proteinadsorbtion bildet sich an den Silica-Partikeln in Zelllysat eine Proteincorona, deren Zusammensetzung von der Größe der Silica-Partikel abhängt. Fluoreszenzmarkierte Silica-Nanopartikel konnten im Darm von behandelten Caenorhabditis elegans Hermaphroditen nachgewiesen werden. Eine durch Silica-Nanopartikel induzierte Veränderung der Lebenspanne der Hermaphroditen konnte nicht festgestellt werden. Nematoden, die mit Silica-Nanopartikeln behandelt wurden, zeigten jedoch eine Abnahme der Nachkommenproduktion bei gleichzeitiger Zunahme des Eiablage-Phänotyps „bag of worms“( BOW), bei dem sich die nicht abgelegten Eier innerhalb der Hermaphroditen zu Larven entwickeln und schlüpfen. Beide Effekte traten unabhängig davon auf, ob die Nematoden ab dem letzten Larvalstadium (L4) oder als Adulte mit den Silica-Nanopartikeln behandelt wurden. Die Silica-Nanopartikel interferieren also hierbei nicht mit der Entwicklung von Caenorhabditis elegans. Der altersassoziierte BOW-Phänotyp tauchte bei Silica-Nanopartikel behandelten Hermaphroditen zum Teil zwei Tage früher auf als bei unbehandelten Nematoden. In morphologischen Untersuchungen, die sich auf die für die Eiablage relevanten Muskeln und Motorneurone bezogen, konnten keine spezifischen Silica-Nanopartikel induzierten Gewebeveränderungen festgestellt werden. Die Hermaphroditen die mit Silica-Nanopartikeln behandelt wurden, wiesen ein verändertes Eiablage-Verhalten auf, das durch eine eingeschränkte neuromuskuläre Funktion des Eiablage-Apparats erklärt werden kann. Diese Arbeit zeigt, dass feine und nanoskalige Silica-Partikel in Zelllysat eine Proteincorona bilden, deren Zusammensetzung sich, durch die Partikelgröße bedingt, unterscheidet. Die Behandlung von Caenorhabditis elegans Hermaphroditen mit Silica-Nanopartikeln führt zu reproduktiver Seneszenz. Außerdem wird durch die Silica-Nanopartikelbehandlung das Eiablage-Verhalten inhibiert, was sich in der verfrühten Zunahme des altersassoziierten BOW-Phänotyps äußert. Silica-nanopartcles are produced on industrial scale since decades. They are implemented in manifold technical processes and a wide range of products. Their potential interactions with biological systems are inadequately understood until now. Some studies report adverse biological impact. The present work studies the inter-actions of silica-nanoparticles with cellular proteins and their potential influence on the modelorganism Caenorhabditis elegans. The silica-particle interactions in vitro were analysed in precipitation experiments. It was shown, that silica-nanoparticles as well as fine silica-particles adsorb selected cellular proteins. The protein-particle-complexes formed in less than 5 minutes and were stable for at least 16 hours. Due to the adsorbtion of proteins, silica-particles form a protein corona in cell lysate, whose composition is dependent on the size of the silica-particles. Fluorescently-labeled silica-nanoparticles could be localised within the intestine of treated Caenorhabditis elegans hermaphrodites. An alteration of the lifespan of hermaphrodites, induced by silica-nanoparticles, could not be observed. Nematodes that were treated with silica-nanoparticles, however, showed a reduction in progeny production and a simultaneous increase of the egg-laying phenotype “bag-of-worms” (BOW), which is characterised by unlaid eggs that develop and hatch intracorporally. Both effects occurred independent of whether nematodes have been treated with silica-nanoparticles from the last larval stage (L4) or as adults. Thus, the silica-nanoparticles do not interfere with the development of Caenorhabditis elegans. In silica-nanoparticle treated nematodes, the age-related BOW-phenotype partly appeared two days earlier than in untreated animals. In morphological studies, that referred to the egg-laying relevant muscles and motorneurons, no specific silica-nanoparticle induced tissue changes were determined. The hermaphrodites that were treated with silica-nanoparticles exhibit a modulated egg-laying behaviour , that can be explained by the restricted neuromuscular function of the egg-laying apparatus. This work shows that fine and nanoscale silica-particles form a protein corona in cell lysate, whose composition varies dependent on the particle size. The treatment of Caenorhabditis elegans with silica-nanoparticles leads to reproductive senescence. Furthermore, silica-nanoparticle treatment inhibits the egg-laying behaviour, what can be observed by the premature increase of the age-related BOW- phenotype.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	13.12.2011
Dateien geändert am:	13.12.2011
Promotionsantrag am:	13.10.2011
Datum der Promotion:	30.11.2011