На підставі визначення маркерів цитотоксичності за впливу на організм нанокомпозитів оксиду цинку (ZnO) та диоксиду титану (TiO2), а також солей Zn та Ti встановлено гостротоксичні концентрації чинників для двостулкових молюсків Unio tumidus: EC50 ZnO становилa 15 мкмоль/л та 25 мкмоль/л, а EC50 TiO2 - 160 мкмоль/л та 300 мкмоль/л відповідно. Досліджено вплив на організм молюска розчинів ZnO та TiO2, солей Zn та Ti у екологічно реальних (3,12 мкмоль/л та 1,25 мкмоль/л відповідно) концентраціях протягом 14 діб. Встановлено, що металотіонеїни молюска селективно реагують на вплив Zn- та Ti-вмісних чинників. Зокрема, Zn та ZnO викликають збільшення вмісту металотіонеїнів та активацію антиоксидантного захисту, а Ti та TiO2 - зменшення вмісту металотіонеїнів та пригнічення антиоксидантного захисту. Сполуки Zn активують окисний метаболізм, а сполуки Ті посилюють анаеробні процеси у клітинах травної залози. Встановлено диференційовані відповіді на дію йонів металу та відповідного нанокомпозиту на рівні фізико-хімічних властивостей металотіонеїнів. Більшість чинників виявляють ознаки генотоксичності (зростання кількості уламків ДНК та гемоцитів із аномаліями), а TiO2 і цитотоксичності (зменшення стабільності лізосомальних мембран). Відтак, характеристики фізико-хімічних властивостей металотіонеїнів травної залози двостулкового молюска селективно відображають відмінність у впливі різних форм одного і того ж металу, а вміст металотіонеїнів у тканинах є адекватним і високочутливим маркером для біоіндикації токсичності цинк- та титан-вмісних наноматеріалів у поверхневих водах. Ключові слова: двостулкові молюски, наноматеріали, цинк, титан, металотіонеїни, цитоксичність