Investigation of the impact of heavy metal ions on model membranes formed from bacterial lipids.

W niniejszym projekcie badawczym zastosowano technikę monowarstw Langmuira do badania oddziaływania wybranych czynników środowiskowych na fosfolipidy błon bakteryjnych. W badaniach zastosowano kardiolipinę (CL) – dimeryczny fosfolipid specyficzny dla błon bakteryjnych oraz fosfatydyloetanoloaminę (POPE) – główny fosfolipid błon bakteryjnych. Badano wpływ jonów metali ciężkich (Hg2+, Pb2+, Ag+), niskiego (1M HCl) i wysokiego (0,5M NaOH) pH oraz stężenia chlorku sodu na fizykochemiczne właściwości i teksturę monowarstw utworzonych przez CL i POPE na granicy faz woda/powietrze. Okazało się, że ujemnie naładowana głowa polarna kardiolipiny znacznie silniej wiąże jony metali ciężkich niż obojętna głowa polarnej POPE. Struktura monowarstwy kardiolipiny silnie zależy również od siły jonowej roztworu, na którym rozciągnięto monowarstwę. Monowarstwy CL i POPE utworzone na 1M HCl i czystej wodzie różnią się nieznacznie, dużo istotniejszy wpływ na uporządkowanie cząsteczek w warstwie wywiera 0,5M roztwór NaOH. Do wizualizacji tekstur badanych monowarstw zastosowano mikroskopię kąta Brewstera. Technika ta okazała się szczególnie pomocna przy ustalaniu wpływu stężenia NaCl na strukturę monowarstwy kardiolipiny. Przeprowadzone badania dowiodły, że zanieczyszczenie środowiska metalami ciężkimi może mieć negatywny wpływ na funkcjonowanie błon komórkowych bakterii.

Langmuir monolayer technique was applied in this project for the investigation of the influence of selected environmental factors on the phospholipids characteristic for bacterial membranes. Cardiolipin (CL), a dimeric phospholipid typical of bacterial membranes and phosphatydilethanolamine (POPE), the main phospholipid therein were chosen for the research. We investigated the effect of: heavy metals (Hg2+, Pb2+, Ag+), low (1M HCl) and high (0,5M NaOH) pH and the concentration of NaCl on the physicochemical properties and the texture of the monolayers formed by CL and POPE on the air/water interface. It turned out that the negatively charged head-group of cardiolipin binds the heavy metal ions much stronger than the uncharged polar head of POPE. The structure of cardiolipin monolayer depends significantly on the ionic strength of the aqueous subphase, on which the monolayer was spread. The CL and POPE monolayers spread on 1M HCl and pure water behave similarly. On the contrary, the effect of 0,5M NaOH on the molecular packing within the monolayer is much profound. We applied Brewster angle microscopy for the visualization of the texture of the investigated monolayers. This technique turned out to be especially useful in the research of the impact of NaCl concentration on the structure of CL monolayer. Our experiments proved that pollution of the environment with heavy metals can have detrimental effect on the function of bacterial biomembranes.