(Phys.org) -- Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en de University of Massachusetts Amherst (UMass) hebben het eerste bewijs geleverd dat gemanipuleerde nanodeeltjes zich in planten kunnen ophopen en hun DNA kunnen beschadigen. In een recente krant, het team onder leiding van NIST-chemicus Bryant C. Nelson toonde aan dat onder laboratoriumomstandigheden, koperoxide-nanodeeltjes hebben het vermogen om plantenwortelcellen binnen te dringen en veel mutagene DNA-basenlaesies te genereren.

Het team testte de door de mens gemaakte, ultrafijne deeltjes tussen 1 en 100 nanometer groot op een menselijk voedselgewas, de radijs, en twee soorten gewone bodembedekkers die worden gebruikt door grazende dieren, meerjarig en eenjarig raaigras. Dit onderzoek maakt deel uit van het werk van NIST om de potentiële milieu-, gezondheids- en veiligheidsrisico's (EHS) van nanomaterialen, en methoden te ontwikkelen om ze te identificeren en te meten.

Koperoxide (ook bekend als koper(II)oxide of CuO) is een verbinding die al vele jaren wordt gebruikt als pigment voor het kleuren van glas en keramiek, als polijstmiddel voor optica, en als katalysator bij de vervaardiging van rayon. Koperoxide is ook een sterke geleider van elektrische stroom, een eigenschap verbeterd op nanoschaalniveau, waardoor de nanodeeltjesvorm nuttig is voor halfgeleiderfabrikanten.

Omdat koperoxide een oxidatiemiddel is - een reactieve chemische stof die elektronen uit andere verbindingen verwijdert - kan dit een risico vormen. Van oxidatie veroorzaakt door metaaloxiden is aangetoond dat het bij bepaalde organismen DNA-schade veroorzaakt. Wat Nelson en zijn collega's wilden weten, was of de nanogrootte van koperoxide de vorming en accumulatie van DNA-laesies in planten meer of minder waarschijnlijk maakte. Als de voormalige, de onderzoekers wilden ook weten of nanosizing substantiële effecten had op de groei en gezondheid van planten.

Om de antwoorden te krijgen, de NIST/UMass-onderzoekers stelden radijs en de twee raaigrassen eerst bloot aan zowel koperoxide-nanodeeltjes en grotere cupri-oxidedeeltjes (groter dan 100 nanometer) als aan eenvoudige koperionen. Vervolgens gebruikten ze een paar zeer gevoelige spectrografische technieken om de vorming en accumulatie van DNA-basenlaesies te evalueren en om te bepalen of en hoeveel koper door de planten werd opgenomen.

Voor de radijsjes twee keer zoveel laesies werden geïnduceerd in planten die waren blootgesteld aan nanodeeltjes als in planten die waren blootgesteld aan de grotere deeltjes. Aanvullend, de cellulaire opname van koper uit de nanodeeltjes was significant groter dan de opname van koper uit de grotere deeltjes. De DNA-schadeprofielen voor de raaigrassen verschilden van de radijsprofielen, wat aangeeft dat door nanodeeltjes geïnduceerde DNA-schade afhankelijk is van de plantensoort en van de nanodeeltjesconcentratie.

Eindelijk, toonden de onderzoekers aan dat koperoxide nanodeeltjes een significant effect hadden op de groei, het belemmeren van de ontwikkeling van zowel wortels als scheuten in alle drie de geteste plantensoorten. De nanodeeltjesconcentraties die in dit onderzoek werden gebruikt, waren hoger dan de concentraties die planten waarschijnlijk zullen tegenkomen bij een typisch bodemblootstellingsscenario.

"Voor zover we weten, dit is het eerste bewijs dat er een 'nano-gebaseerd effect' zou kunnen zijn voor koperoxide in de omgeving waar grootte een rol speelt bij de verhoogde vorming en accumulatie van talrijke mutagene DNA-laesies in planten, ' zegt Nelson.

De volgende stap voor Nelson en zijn collega's is een soortgelijk onderzoek naar de impact van titaniumdioxide-nanodeeltjes - zoals die in veel zonnebrandmiddelen worden gebruikt - op rijstplanten.