Дія надвисокочастотного електромагнітного випромінювання на культури дріжджів Saccharomyces cerevisiae, бактерій Escherichia coli і водорості Dunaliella viridis - Автореферат

Електромагнітне випромінювання надвисокої частоти (ЕМВ НВЧ) або міліметрове випромінювання (що відповідає частотам 30-300 ГГЦ) з щільністю потужності меншою за тепловий фон (10 МВТ/см2) належить до слабких чинників довкілля [Пресман, 1968, Девятков, 1973]. Наслідки опромінювання НВЧ досліджуються недостатньо, втім є дані про можливість змін під його дією генетичного апарату клітин [Григорєв,1996, Родіонов,1999]. Роботу виконано у ННЦ «Фізико-хімічне матеріалознавство» Київського університету імені Тараса Шевченка та НАН України («Механізми впливу фізичних полів та радіаційного випромінювання на структуру і властивості наноструктурованих систем», початок 2007 р., № держ. реєстрації 0107U000982. випромінювання дріжджі бактерія мікроорганізм Мета дисертаційної роботи - дослідити дію низькоінтенсивного НВЧ-випромінювання на культури дріжджів Saccharomyces cerevisiae і рухомих мікроорганізмів - бактерій Escherichia coli і зелених водоростей Dunaliella viridis у залежності від температури і присутності в середовищі поверхнево активної речовини (додецилсульфату натрію) та L-серину, який блокує терморецептори E. coli. Завдання дослідження: Дослідити дію ЕМВ міліметрового діапазону нетеплової інтенсивності на швидкість росту синхронізованих культур дріжджових клітин S. cerevisiae у залежності від частоти і тривалості дії ЕМВ НВЧ.Розглянуто теоретичні моделі рецепції НВЧ біологічними системами (вплив на водну матрицю, коливання заряджених частин мембрани, когерентні осциляції макромолекул, солітонний транспорт енергії, коливання ДНК, РНК у діапазоні 1010 - 1011 Гц, вплив на активність ферментів, клітина як коливальний контур, спінові моделі, нелінійне резонансне тунелювання тощо). Біологічний матеріал представляв собою суспензію дріжджових клітин з концентрацією 1.5 - 2.0 ? 108 клітин/см3. Концентрація визначалася підрахунком кількості клітин у 5 великих квадратах камери Горяєва. Другим тест-обєктом для реєстрації дії НВЧ-поля на клітини були культури Escherichia coli, серотип О26:В6 з колекції Інституту ботаніки ім. За значенням середньої за розподілом півширини спектра Г0 (Гц) можна визначити коефіцієнт трансляційної дифузії частинок D= Г0 / q2 де q= 4p n /l ? sin(q/2), і за співвідношенням Стокса-Ейнштейна обчислити середній гідродинамічний діаметр частинок.Запропоновано і експериментально апробовано методику дослідження дії ЕМВ НВЧ на рухову активність джгутикових мікроорганізмів за допомогою методу квазіпружного розсіювання світла. У діапазоні 37-65 ГГЦ не спостерігалося вузьких «резонансів», але існує певна частотна залежність: знайдено «аттрактивні» (41,76 ГГЦ, 46,0 ГГЦ), нейтральні (55,0 ГГЦ та 61,3 ГГЦ) і «негативні» (37,5 ГГЦ, 42,2 ГГЦ та 50 ГГЦ) частоти НВЧ для водоростей і бактерій. Методом квазіпружного розсіювання світла показано, що при підвищенні температури від (18-20)°C до оптимальної для даного виду мікроорганізмів ( 30°C для водорості Dunaliella viridis і 37 °C для бактерій E.coli ) рухова активність клітин зростає, і біологічна дія ЕМВ НВЧ зменшується. Блокування терморецепторів E.coli L-серином у концентрації 10-3 М пригнічує таксис бактерій E. coli під дією ЕМВ НВЧ. 65-69 (здобувачем проведено експериментальні дослідження, статистичну обробку даних, разом із співавтором зроблено аналіз результатів і висновки).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В роботі вперше досліджено післядію короткотривалого опромінювання ЕМВ НВЧ з щільністю потужності 20-50 МКВТ/см2 на охолоджені синхронізовані культури дріжджів Saccharomyces cerevisiae раси XII. Встановлено частотну залежність дії ЕМВ у діапазоні 41,70-41,80 ГГЦ на досліджувану культуру клітин після одноразового опромінення та інкубації.

Експериментально визначено частоту максимуму (41,747 ГГЦ) та півширину (0,003 ГГЦ) резонансної лінії у спектрі дії ЕМВ НВЧ на культури S. cerevisiae. Прискорення швидкості росту клітинності дріжджів виявляються не лише у безпосередньо опромінених клітин, а у їхніх наступних 20-100 генераціях.

Встановлено, що ефективний час експозиції ЕМВ НВЧ на клітини Saccharomyces cerevisiae значно менше тривалості клітинного циклу даної культури.

Запропоновано і експериментально апробовано методику дослідження дії ЕМВ НВЧ на рухову активність джгутикових мікроорганізмів за допомогою методу квазіпружного розсіювання світла. Біологічна дія ЕМВ НВЧ оцінена кількісно як відношення концентрацій рухомих клітин при опроміненні фіксованого обєму і за відсутності НВЧ-поля. У діапазоні 37-65 ГГЦ не спостерігалося вузьких «резонансів», але існує певна частотна залежність: знайдено «аттрактивні» (41,76 ГГЦ, 46,0 ГГЦ), нейтральні (55,0 ГГЦ та 61,3 ГГЦ) і «негативні» (37,5 ГГЦ, 42,2 ГГЦ та 50 ГГЦ) частоти НВЧ для водоростей і бактерій.

Методом квазіпружного розсіювання світла показано, що при підвищенні температури від (18-20)°C до оптимальної для даного виду мікроорганізмів ( 30°C для водорості Dunaliella viridis і 37 °C для бактерій E.coli ) рухова активність клітин зростає, і біологічна дія ЕМВ НВЧ зменшується.

При експериментальному пошкодженні мембран водорості D. viridis поверхнево активною речовиною ДСН у концентраціях 0,1 - 50,0 мг/л таксис клітин під дією ЕМВ НВЧ послаблюється.

Блокування терморецепторів E.coli L-серином у концентрації 10-3 М пригнічує таксис бактерій E. coli під дією ЕМВ НВЧ.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Левчук Ю.Н. Радиорецепция высокочастотного электромагнитного поля клетками Escherichia coli / Левчук Ю.Н., Караченцева А.И. // Доклады Академии наук УССР. - Сер.Б. - 1989. - № 5. - С. 65-69 (здобувачем проведено експериментальні дослідження, статистичну обробку даних, разом із співавтором зроблено аналіз результатів і висновки).

2. Караченцева А.И. Подвижные микроорганизмы как сенсоры высокочастотного электромагнитного и биологического поля / Караченцева А.И. // Биополимеры и клетка. - 1989. - Т.5, № 4. - С.76-83. (здобувач брала участь у виконанні експериментальної частини роботи. Узагальнення результатів зроблено разом з співавтором).

3. Нижельская А.И. Оптимизация экспериментальных исследований резонансной реакции Saccharomyces cerevisiae на воздействие ЭМИ миллиметрового диапазона / Нижельская А.И., Якунов А.В.// Фізика живого.- 2004.- Т.12,№1.- С.53-62. (здобувачем здійснено огляд і аналіз літературних даних з проблеми, поставлено завдання дослідження, взята безпосередня участь в експериментах. Разом з співавтором здійснено обробку результатів і висновки).

4. Ніжельська О.І. Дослідження сприйнятливості популяцій рухомих бактерій Escherichia coli та зелених водоростей Dunaliella viridis до дії електромагнітного випромінювання мм діапазону / Ніжельська О.І., Косицький М.М. // Фізика живого. - 2005.- Т.13, №2.- С.61-7. (здобувачем сформульовано завдання дослідження і виконано біофізичну частину експериментів. Узагальнення результатів здійснено разом з співавтором).

5. Kositsky N.N. Influence of High-frequency Electromagnetic Radiation at nonthermal Intensities on the Human Body (a review of work by Russian and Ukrainian researchers) / Kositsky N.N., Nizhelska A.I., Ponezha G.V. // No Place to Hide. - 2001. - Vol.3, No 1- Р. 1-31. (здобувачем виконано огляд і аналіз літературних даних з впливу надвисокочастотних електромагнітних випромінювань на мікроорганізми, рослини, тварини і людей. Разом з співавторами проведено узагальнення і запропоновано подальші дослідження).

6. Способ выращивания дрожжей: А.с. 1564189 СССР / Кислая Л.В., Караченцева А.И., Маринченко В.А., Белый М.У., Андреев Е.А., Маринченко Л. В., Якунов А.В. ; Заявл. 05.07.1988г. Опубл.15.05.90. - Бюл. № 18.- 4 с. (здобувач приймала участь у проведенні експериментів. Обробку результатів здійснено разом з співавторами).

7. Нижельская А.И. Экологические аспекты низкоинтенсивного микроволнового электромагнитного излучения / Нижельская А.И., Косицкий Н.Н., Понежа Г. В., Понежа С.Г. : матеріали V міжнар. симп. [«Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология ЭМС-2003»], (С.-Петербург, 16-19 вер. 2003р.). - С.-Петербург, 2003р. -С.422-426. (здобувачем зроблено огляд сучасних медичних, біофізичних, епідеміологічних даних у звязку з підвищенням мікрохвильового фону. Висновки здійснено разом з співавторами).

8. Нижельская А.И. Возможные экологические последствия широкого внедрения новой системы беспроводной цифровой связи ultra wide band (UWB) / Нижельская А.И., Хохлов В.В. : матеріали V міжнар. симп. [«Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология ЭМС-2003»], (С.-Петербург, 16-19 вер. 2003р.). - С.-Петербург, 2003 р. -С.418-422. (за участю здобувача показана можливість застосування методу ЛКС для експрес-оцінки несприятливого екологічного впливу цифрового шуму).

9. Косицкий Н.Н. Электромагнитное излучение миллиметрового диапазона как экологический фактор на примере поведения клеток Saccharomyces cerevisiae, Escherichia coli и Dunaliella viridis / Косицкий Н.Н., Нижельская А.И. : матеріали IX міжнар. конф. [«Квантовая медицина»],-ЗАО “Ассоциация “Темп”, Донецьк, 2004.-С.67-69

10. Нижельская А.И. Реакция одноклеточных микроорганизмов на электромагнитное излучение миллиметрового диапазона. / Нижельская А.И.: матеріали І Української наук. конф. [«Проблеми біологічної і медичної фізики»], (Харків, 20-22 вересня 2004 р.). - Харків, 2004. - С.131.

11. Olena Nizhelska Frequency-temporal dependences of yeast cells response to nonthermal electromagnetic radiation of millimeter range / Olena Nizhelska, Mykola Kosytskyy [“Coherence and Electromagnetic Fields in Biological Systems” Froehlih Centerary International Symposium.], (Prague, July 1-4 2005). - Prague, Czech Republic.-2005.