Биотестирование с использованием моллюсков. Современное представление о рибонуклеазах. Влияние органических загрязнителей и тяжелых металлов на метаболизм РНК и активность кислой РНКазы пищеварительной железы пресноводного моллюска V. viviparus.
Аннотация к работе
Принимая во внимание специфику данной группы ферментов, можно предположить наличие значительной адаптивной реакции на воздействие загрязнителей, что делает актуальным изучение метаболизма РНК и активности РНКАЗ моллюска в условиях воздействия сублетальных и летальных концентраций загрязнителя. Охарактеризовать комплекс РНКАЗ моллюска V. viviparus в естественных условиях: установить значения РН среды, соответствующие максимальной активности РНКАЗ в ткани пищеварительной железы и в мышечной ткани; изучить состав множественных форм РНКАЗ; охарактеризовать сезонные колебания активности РНКАЗ; выделить и изучить фракционный состав препарата тотальной РНК пищеварительной железы моллюска; исследовать физико-химические свойства кислой РНКАЗЫ пищеварительной железы моллюска. Охарактеризовать изменения активности рибонуклеаз пищеварительной железы моллюска V. viviparus под воздействием сублетальных и летальных концентраций различных загрязнителей (ионов ртути (II); кадмия (II); свинца (II); меди (II); трихлорметана; симм-тетрахлорэтилена; тетрахлорметана; фенола; бензина; ПАВ (синтанол ДС-10; неонол АФ-9-4). Исследовать изменения активности кислой РНКАЗЫ пищеварительной железы моллюска под воздействием загрязненной воды из природного водоема; установить концентрации загрязнителей в воде физико-химическими методами и рассчитать корреляцию результатов анализа и биотестирования. Изменение активности кислой РНКАЗЫ пищеварительной железы моллюска происходит под воздействием загрязнителей, содержащихся в модельных растворах и в загрязненной воде природного водоема и имеет вид неспецифических волнообразных изменений, схожих у различных токсикантов.Исследованные загрязнители органической природы в сублетальных и летальных концентрациях in vivo вызывали изменения активности кислой РНКАЗЫ моллюска (рис. Их воздействие приводило к падению активности фермента до 60 - 90 % через 4 ч воздействия, росту до 100 - 110 % через 12 ч воздействия и дальнейшему уменьшению до 70 - 90 % через 72 ч воздействия с последующей стабилизацией или незначительным ростом. В ряду хлорорганических загрязнителей наибольшее влияние оказал тетрахлорметан, воздействие которого вызвало вначале резкое падение активности фермента, а затем ее всплеск, сопровождавшийся падением и гибелью особей экспериментальной группы. загрязнитель моллюск рибонуклеаз метаболизм Выявлено изменение активности кислой РНКАЗЫ пищеварительной железы моллюска, появление новых форм фермента с ОЭП 0,20 и 0,45 и исчезновение (полное ингибирование) форм с ОЭП 0,50 и 0,70 под действием тетрахлорметана (табл. Можно предположить, что детоксикация тетрахлорметана сопровождается образованием большого количества свободных радикалов, инициирующих перекисное окисление липидов, образование активных форм кислорода, разрушение мембранных структур и развитие оксидативного стресса (Ribera D. et al., 1991; Salanki J. et al., 2003; Dallinger R. et al., 2004; MCVEIGHДля исследования влияния на активность фермента in vivo загрязненной воды из природного водоема была использована вода из р. С помощью физико-химического анализа было установлено превышение ПДК по некоторым из показателей (табл. Воздействие данной воды на моллюсков экспериментальной группы вызывало изменение активности кислой РНКАЗЫ (рис. Результаты химического анализа воды из реки Яуза в месте ее впадения в Москву-реку. Через 24 ч воздействия загрязненной воды было зафиксировано падение активности фермента до 20% от контроля, сопровождавшееся незначительным ее ростом до 40% через 96 часов воздействия, сменившимся очередным падением с незначительным ростом до завершения эксперимента.Впервые изучен фракционный состав тотальной РНК пищеварительной железы моллюска и сопоставлен с таковым печени крысы; 28s и 18s РНК моллюска и крысы имеют идентичные электрофоретические характеристики, ТРНК моллюска имеет коэффициент седиментации, близкий к 4,5s. Изучено воздействие широкого спектра загрязнителей (ионы тяжелых металлов, галогенуглеводороды, фенол, нефтепродукты, ПАВ) и установлено, что в сублетальных и летальных концентрациях при различных экспозициях (от 4 до 168 ч) они вызывают неспецифические циклические изменения активности кислой РНКАЗЫ пищеварительной железы моллюска.
Вывод
1. Впервые выделена и охарактеризована РНКАЗА моллюска V. viviparus. Фермент имеет оптимум активности при РН 4,6, с максимальной удельной активностью в ткани пищеварительной железы, молекулярную массу около 14 - 18 КДА, три множественные формы с ОЭП 0,35; 0,50 и 0,70 и относительной активностью 55%, 25% и 20%.
2. Впервые изучен фракционный состав тотальной РНК пищеварительной железы моллюска и сопоставлен с таковым печени крысы; 28s и 18s РНК моллюска и крысы имеют идентичные электрофоретические характеристики, ТРНК моллюска имеет коэффициент седиментации, близкий к 4,5s.
3. Изучено воздействие широкого спектра загрязнителей (ионы тяжелых металлов, галогенуглеводороды, фенол, нефтепродукты, ПАВ) и установлено, что в сублетальных и летальных концентрациях при различных экспозициях (от 4 до 168 ч) они вызывают неспецифические циклические изменения активности кислой РНКАЗЫ пищеварительной железы моллюска. Наиболее мощное воздействие на активность фермента оказывают ионы ртути (II), кадмия (II) в концентрации 10 ПДК и тетрахлорметан в концентрации 1 ПДК, а совместное присутствие в воде органического углерода и ионов тяжелых металлов приводит к снижению общей токсичности исследуемой воды.
4. Установлено, что под воздействием летальных концентраций ионов ртути (II) и кадмия (II) изменяется метаболизм РНК, что выражено образованием низкомолекулярных фрагментов с ОЭП 0,13 - 0,24; 0,40 и 0,85; остановкой синтеза пре-РНК и исчезновением фракции 28s РНК под воздействием кадмия; изменением фракционного состава и соотношения 28s/18s РНК от 2/1 в норме до 4,5/1 под воздействием ртути.
5. Воздействие хлорорганических соединений, провоцирующих развитие свободнорадикальных реакций при детоксикации вызывает образование новых форм фермента с ОЭП 0,20 и 0,45 при полном угнетении форм фермента с ОЭП 0,50 и 0,70 по сравнению с контролем.
6. Загрязненная вода из природных водоемов вызывает изменение активности кислой РНКАЗЫ пищеварительной железы моллюска и коррелирует (R2= 0,846 при р<0,05) с содержанием в ней нефтепродуктов, фенолов, тяжелых металлов.
Список литературы
Издания, рекомендованные ВАК РФ.
1. Коничев А.С., Попов А.П., Филков П.В., Цветков И.Л. Ферменты как биохимические маркеры загрязнения воды. // Приложение к вестнику Московского государственного университета. Серия «Естественные науки: география, экология, экономика: актуальные проблемы науки и образования. Москва, издательство МГОУ, 2005, стр. 151-153.
2. Филков П.В., Попов А.П., Карташов С.Н., Коничев А.С. Выделение и изучение фракционного состава РНК печени моллюска Viviparus viviparus L. // Вестник Московского государственного областного университета. Труды Центра фундаментальных научных исследований №2, Москва, Издательство МГОУ, 2006, с. 60-67.
3. Филков П.В., Коничев А.С. Изменение активности РНКАЗ моллюска живородка речная (Viviparus viviparus) при отравлении тяжелыми металлами. // Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Естественные науки», № 1, Москва, Изд-во МГОУ, 2007, с. 12 - 17.
Статьи в сборниках научных конференций.
4. Филков П.В., Миташова Н.И., Чулков Б.Г. Токсикология выбросов хлорорганических растворителей с предприятий химической чистки г. Москвы. Пора перемен: Материалы IV сессии постоянно действующей Международной конференции «Эволюция инфосферы», проведенной РФФИ, ЮНЕСКО, РАН в 2004. - М.: МГВП КОКС, проект РФФИ № 02-06-87086, 2005. - Т. 2.
5. Филков П.В., Коничев А.С., Миташова Н.И. Современные методы оценки качества водных объектов. Тенденции и перспективы. Эколого-экономические и социальные проблемы развития регионов России. // Сб. науч. тр. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. - 475 с.: ил.
6. Филков П.В. Изучение изменений обмена нуклеиновых кислот живородки речной (Viviparus Viviparus L.), инициированных воздействием тяжелых металлов. // Российская школа-конференция молодых ученых «Экотоксикология - современные биоаналитические системы, методы и технологии». Российская школа конференция молодых ученых. г. Пущино. 28 октября - 3 ноября 2006 г. Сборник статей. Пущино-Тула (2006)
7. Филков П.В., Попов А.П., Коничев А.С., Миташова Н.И. Оценка состояния водных объектов г. Москвы чувствительными биохимическими методами. // Постоянно действующая конференция памяти академика Н. Моисеева «Эволюция Инфосферы» РАН. V-сессия, часть 1-я, круглый стол «экология и город» - в печати
8. Ершов А.Н., Коничев А.С., Клунова С.М., Пашечко Ю.О., Филков П.В. Влияние тяжелых металлов на активность нуклеаз печени моллюска живородка речная (Viviparus viviparus L.) // Труды научной конференции посвященной 85-летию кафедры органической и биологической химии и 90-летию со дня рождения почетного профессора МПГУ Ю.Б.Филипповича. М. МПГУ, 2009. с.103-104.