CC BY
39
Вюник Дшпропетровського унiверситету. Бюлопя, медицина Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seriâ Biologiâ, medicina Visnyk of Dnepropetrovsk University. Biology, medicine
Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Med. 2014. 5(1), 62-65.
ISSN 2310-4155 print ISSN 2312-7295 online
doi :10.15421/021413
www.medicine.dp.ua
УДК 577.156+612.015
Використання специфiчних б1омаркер1в донних риб Керченсько'1 протоки для оцшки забруднення водних бiоресурсiв
О.В. Сухаренко
Керченський державний морський технологгчний утверситет, Керч, Украта
Сучасна екологiчна ситуацш у водах Керченcькоï протоки потребуе оценки порушень у 6ioTonax i монiторингу ступеня впливу промислових забруднень на екосистему. Biдклaдення нафтопродуктв тсля катастрофи cудiв у 2007 рощ може мати несприятли-вий вплив на стан бioценoзiв aквaтoрiï. Проведене дослщження цитоскелетного маркеру астроципв бального фiбрилярнoгo кислого бшка (ГФКБ) у мозку бичкa-пicoчникa (Neogobius fluviatilis), який е типовим представником промислових донних риб Кер-ченського проливу. Результати пор^вняльного aнaлiзу вмicту ГФКБ у мозку риб i3 прибережних вод бухти Керченська i з умовно чисто частини р. Ворскла показали дocтoвiрне збiльшення ГФКБ (у 2,18 раза) у промислово забрудненому регioнi. Щдвищення вмicту ГФКБ вказуе на розвиток acтрoглioзу у результат! метaбoлiчниx порушень, якi можуть бути викликат забрудненням наф-топродуктами придонних горизонлв бухти Керченська. У тканит мозку групи риб, виловлених у Керченськш бухп виявлене збшьшення вмсту продуктов перекисного окиснення лкпдав. Предcтaвленi результати порушень стану цитоскелету астроципв i оксидативний стрес у мозку бичка-тсочника Керченcькoï бухти cвiдчaть про прояв сублетального бюлопчного ефекту промислових зaбруднювaчiв у пдробюнлв данм aквaтoрiï. Результати дослщжень вказують на потребу постшного екoлoгiчнoгo мотторин-гу та комплексного дослщження популяций пдробюнлв промислових регioнiв i зон еколопчних катастроф.
Ключов1 слова: мoлекулярнi маркери; глiaльний ф!6рилярний кислий бшок; промислове забруднення; водт бioреcурcи
The modem ecology situation in waters of the Kerch Strait requires assessment of disturbances in biotopes and monitoring of the degree of impact of industrial pollutants on ecosystem. Deposit of oil products after the 2007 year ships' accidents might have considerable impact on the water biocenosis area. The investigation of cytoskeleton marker of astrocytes glial fibrillary acidic protein (GFAP) in brain of the bullhead (Neogobius fluviatilis), which is the typical representative of the commercial ground fish of the Kerch Strait, has been carried out. The results of comparative analysis of GFAP content in the brain of fish from the Kerch Bay near-shore waters and fish from conditionally clear area of Vorskla river shows the reliable (2.18 times) increasing of GFAP in the area of industrial pollution. Rising GFAP content indicates the astrogliosis development as a result of metabolic disturbances which can be induced by higher content of oil products in the near-bottom biotopes of the Kerch Bay. Increase in lipid peroxidation level was observed in the brain of fish from the Kerch Bay. The results provided with regard to violations of the state of astrocyte cytoskeleton and oxidative stress in the brain of bullhead from the Kerch Bay prove the sublethal biology effect of industrial pollutants in hydrobionts from this area. Results of this investigation also indicate the necessity of continuous ecology monitoring and comprehensive study of hydrobiont populations in the industrial regions and ecological disaster zones.
Keywords: molecular markers; glial fibrillary acidic protein; industrial pollution; water bioresources
Assessment of Kerch Bay environmental pollution using neuroglial proteins of ground fish
H.V. Sukharenko
Kerch State Marine Technological University, Kerch, Ukraine
Керченський державний морський технологiчний yHieepcumem, вул. Орджошюдзе, 82, Керч, 98309, АР Крим, Украта. Kerch State Sea Technology University, Ordjonikidze str., 82, Kerch, 98309, Cremia, Ukraine. Те1.: +38-050-558-45-76. E-mail: [email protected]
Вступ
Вщносне зниження промислових викидш за останш роки принципово не вщбиваеться на екологiчному станi водних бюресурсш Укра'ни. Це зумовлено рядом об'ек-тивних причин. У деяких регюнах навiть зафгксовано значне погiршення показникв тотального забруднення акваторiй. Iнтенсифiкацiя судноплавства спричинила зро-стання ерозiйних процесгв i прогресуючо'1 реседиментацп донних вщкладш. ЗбГльшенню забруднення акваторп сприяла робота декГлькох морських портiв i рейдово-перевантажувальних комплексгв.
Представники зообентосу - основш об'екти живлен-ня донних промислових риб. Забруднення донних вiдкладiв може спричинювати порушення екологiчноï ргвноваги у популяцiях донних риб. Саме тому надзви-чайно актуальною е комплексна оцiнка на всгх ргвнях органiзацГí бiологiчних систем. Чутливим шдикатором ргвня комбiнованоï дп токсингв на ршновагу метаболiчних процесгв хребетних е клгтини нервово'1 тканини. Найчутливiшими до ди ушкоджувальних чинникш клiтинами нервово'1 тканини е астроцити. Го-ловним компонентом цитоскелета цих клГтин е глГальний ФГ6рилярний кислий бГлок (ГФКБ), експресГя якого е характерним показником реакцп астроцитш у вГдповГдь на ушкодження внаслiдок дп несприятливих чинникш рГзно'' природи (Nedzvetskii et al., 2006).
Мета дослщження - оцшити осо6ливостГ астроглiозу, вмГсту специфiчного цитоскелетного маркера астроглп - глГального ФГ6рилярного кислого бГлка (ГФКБ) в мозку бичка-тсочника (Neogobius fluviatilis), що е типовим представником промислових донних риб Керченсько'1 протоки.
Матерiал i методи досл1джень
Основою поршняльного аналiзу були комплекснi гхлотоксиколопчш, бюхМчш та 1мунох1шчш дослщ-ження, збирання матерiалу та спостереження, проведенi на акваторп рГчки Ворскла (Днiпродзержинське водо-сховище) у межах Гснуючого гхлолопчного заказника, що практично не потрапляе пГд техногенний вплив, i зони узбережжя бухти Керченсько'1, в якш розташований ряд дшчих портових комплексов. 1хтГологГчний матерiал (38 екземплярш бичка-тсочника (N. fluviatilis) вщбирали вГдповГдно до загальноприйнятих методик у водах Керченсько'1 бухти у травш - червнi 2012 р. Для поршняльного аналiзу наведено також результати, отримаш у 2012 р. щодо забруднено'1 д1лянки р. Самара.
Вмют i склад полшептидних фрагментiв ГФКБ ви-значали 1мунох1шчними методами. Фракц111 розчинних та цитоскелетних 61лкГв мозку риб отримували як це описано рашше (Nedzvetskii et al., 2006). Визначення вмГсту та полшептидного складу глiальних фiламентiв проводили за допомогою Гмуноблотингу (Nedzvetskii et al., 2006). КГльюсний аналГз ГФКБ проводили шляхом поршняння ГнтенсивностГ забарвлення вГдповГдних полГпептидних зон, що були вщнесеш до кГлькостГ за-гального б1лка у фракцГ". Загальний бГлок визначали методом ЛоурГ в модифкацп М1ллера (Miller, 1959). Ршень
перекисного окиснення лГпГдГв (ПОЛ) вимГрювали з ви-користанням тест-набору LPO-586 (Oxis Int. Inc., USA) (Ohkawa et al., 1979). Обробку отриманих даних проводили методами математично'1 статистики з використан-ням програми Statistica 6. ВГдносний вмГст ГФКБ i продуклв ПОЛ виражали у виглядГ середньо'1 величини ± стандартна похибка середньо'1. ДостовГрну вГдмГннГсть мГж групами оцГнювали Гз застосуванням t-критергю Стьюдента (Р < 0,01) тсля перевГрки гГпотез про нормальнГсть розподГлу та вГдмГннГсть мГж генеральни-ми дисперсГями.
Результати та ïx обговорення
Анатомоморфолопчне дослГдження риб у всГх гру-пах не виявило вщхилення вГд нормального розвитку, аберацГ' та потворностГ. Результати к1лькГсно'1 оцГнки вмГсту бГлка глГальних пром1жних ф1ламент1в у мозку риб показали значш вщмшностГ дослГджених груп (рис. 1). У мозку бичка-тсочника, виловленого у прибе-режних водах бухти Керченська, виявлено достовГрне зростання ГФКБ (в 2,28 раза, P < 0,001) поршняно з гру-пою риб з умовно чисто'' дГлянки (р. Ворскла). Отрима-ний результат вказуе на розвиток гаально!' реактивацГ' в результатГ метаболГчних порушень, викликаних пГдвищеним вмютом токсинГв у придонних бГотопах бухти Керченсько'1. Цей показник був також вищим за вГдповГдний у мозку риб Гз р. Самара, що вказуе на знач-ний несприятливий вплив забруднювач1в у бухтГ Керченськш.
Рис. 1. Вiдносний вмiст ГФКБ у мозку бичка-шсочника бухти Керченсько!' (2) пор1вняно з контрольною дшянкою р. Ворскла (1) i дшянкою р. Самара (5): * - Р < 0,01, ** - Р < 0,001 вщносно 1
Шдвищення вмГсту б1лка глГальних фГламентш - це наслГдок зб1льшення числа субпополяцп окремих глГоцит1в, у першу чергу за рахунок диференцГацГ' глГальних попередникгв у зр1лГ астроцити. РеактивацГя астроцит1в отримала назву «астроглГоз». Астроглюз Гндукуеться рГзними за природою чинниками та е озна-кою патогенетичних i структурних ушкоджень ЦНС. Участь астроцилв у репарацГ' ушкоджень ЦНС широко вивчаеться останн1м часом. Змши, якими супроводжуеться астроглГоз, спрямованГ вГд оборотних
змш експреси гешв i клГтинно'1 гiпертрoфГí до тривалого формування ру6цГв i перебудови структури окремих дГлянок мозку (Sofroniew and Vinters, 2010).
Результати визначення полшептидного складу ГФКБ у мозку риб, що мешкають у прибережних зонах бухти Керченська i рГчки Самара Дншровська, показали значне зростання кГлькостГ деградованих пoлiпептидiв ГФКБ (рис. 2). НайзначшшГ змГии ГФКБ виявлеш в цитоске-летних фракцГях бГлкГв.
Рис. 2. Результати iмуноблотингу цитоскелетних фракцш бiлкiв i3 мозку бичка-шсочника р. Ворскла (В), бухти Керченсько!' (К) i дiлянки р. Самара (С)
Вмют кiицевиx продукт перекисного окиснення лГтдГв (ПОЛ) у тканиш мозку групи риб, виловлених у вищезгаданих дГлянках, свГдчить про передумови роз-витку окисного стресу (рис. 3). ЗмГии показникГв окис-ного стресу та астроглГозу в мозку бичка-тсочника бухти Керченська, р. Самара та р. Ворскла мали високий коефщент кореляци (r = 0,69 ± 0,091 i r = 0,74 ± 0,087 вГдповГдно).
Рис. 3. Вмiст кшцевих продуктiв перекисного окиснення лiпiдiв у мозку бичка-шсочника р. Ворскла (1), бухти Керченсько!' (2) та р. Самара (5):
* - Р < 0,05, ** - Р < 0,01 вгдносно групи 1
Таким чином, вивчення вГдповщних реакцш поиуляцш донних риб е актуальним завданням в оцГнцГ ди рГзних несприятливих чиниикГв, у тому числГ десорбци нафтопродуктГв Гз донних вГдкладГв. Риби -зручнГ об'екти в еколопчних дослГдженнях через високу чисельнють, поширення та доступнГсть для вивчення реакци оргашзмГв на дГю полютантГв (Bucher et al., 1992).
Використання як бюмаркерГв гГстоспецифичних цитоскелетних бГлкГв, якГ виконують життево необхщш
функци нервово'1 системи та надзвичайно чутливГ до дй" несприятливих чинникГв, - найперспективнГший напрям (Kalman and Pritz, 2001; Nedzvetskii et al., 2006). Як i в шших хребетних, у риб нейроглГя вщграе життево важ-ливу роль у тдтримщ та забезпеченнГ функцГонування нейрошв. НейроглГальнГ клГтини особливо критичнГ для тдтримання гомеостазу мозку, репарац11 ушкоджень, захисту нейронГв вГд рГзних дш. НесприятливГ дй" рГзно'1 природи шдукують характерну клГтинну вГдповГдь гл11 -астроглюз. АстроглГоз, тобто реактивация астроципв, завжди супроводжуеться активащею фГбрилогенезу та синтезу ГФКБ (Nedzvetskiy and Nerush, 2011). НадмГрно Гнтенсивний фГбрилогенез е головним показником реактивно'1 вГдповГдГ астроцитГв на нейрональнГ ушкод-ження. Перебудова промГжних ф1ламент1в астрогл11 мо-же бути необхщною умовою для адекватного функцГонування глГальних клГтин за ди ушкоджувальних чинникГв (Norton et al., 1992).
Виявлене нами достовГрне тдвищення експрес11 б1лка глГальних промГжних фГламентГв свГдчить про Гндукований астроглГоз, тобто функцюнальну вГдповГдь нейрогл11 на дГю несприятливих факторГв. Характерне збГльшення кГлькостГ деградованих полшептидних фрагментГв ГФКБ е ознакою цитоскелетних перебудов, порушення стану цитоскелета, морфологи та функцГонування клГтин нервово'1 тканини. Отже, стан глГального цитоскелета може бути валщним показником токсично'1 д11 нафтового забруднення морських вод.
Окисний стрес - найпоширешше метаболГчне порушення за ди несприятливих чинникГв (Baydas et al., 2004). ПромГжнГ високореактивнГ продукти окисного стресу е важливою причиною нейродегенераци та зни-ження життездатностГ в умовах ди токсичних забруднювачГв рГзно'1 природи. ДГя промислових забруднювачГв на оргашзм викликае порушення енерге-тичного метаболГзму у клГтинах, морфологГчнГ та структуры аномал11.
Виявлена у цьому дослГдженнГ позитивна кореляцГя показникГв астроглГозу, тобто стану цитоскелета нейрогли, та окисного стресу в мозку бичка-тсочника з промислово забруднених i умовно чистих дГлянок во-дойм указуе на те, що окислювальт ушкодження мо-жуть бути одним з основних механГзмГв реалГзац11 токсичних ефектГв забруднювачГв. Порушення на молекулярному рГвт лежить в основГ патологГчних процесГв та вГдбиваються на наступних, вищих рГвнях бГологГчно'1 оргашзаци, у тому числГ на структурно-функцГональнГй органГзац11 екосистем.
Отриманий результат про реактивний астроглГоз у мозку риб, що мешкають у забруднененому середовищГ Керченсько'1 протоки, вказуе на певний рГвень адаптац11 клГтин нервово'1 системи до несприятливих умов, викли-каних забрудненням.
Висновки
Вивчення впливу забруднювальних речовин на гГдросистему не може бути обмежене проведениям дослщв лише на оргашзменому рГвнГ, оскГльки дозволяе виявити аномальнГ змГни лише на тзнГх стадГях Гнтоксикац11, коли оргашзм перебуватиме на межГ
загибелг Отримаш результати переконливо сввдчать, що виявлеш цитоскелетнi перебудови в мозку риб виникли шд впливом несприятливих антропогенних чинник1в навколишнього середовища. Це дае змогу розглядати ГФКБ як надшний i достовiрний маркер токсичного впливу полютанив, за допомогою якого можливо оцiнити ушкоджувальнi ефекти на рантх етапах i роз-робити ефективнi заходи компенсацй' патогенетичних порушень.
Отримаш дат про порушення метаболiзму специфiчного бшка цитоскелета нейроглй' бичка-шсочника з бухти Керченська сввдчать про негативний вплив нафтопродукпв на донт бiотопи Керченсько! протоки та пдробюнпв, як1 населяють !х. Наведенi результати вказують на необхiднiсть постшного еколопчного монiторингу та комплексного дослвдження донних бiотопiв цього регiону.
Бiблiографiчнi посилання
Baydas, G., Donder, E., Kiliboz, M., Nedezvetsky, V., 2004. Neuroprotection by a-lipoic acid in streptozotocin-induced diabetes. Biochem. (Mosc.) 69(9), 1001-1005.
Bucher, F., Hofer, R., Salvenmoser, W., 1992. Effects of treated paper mill effluents on hepatic morphology in male bullhead (Cottus gobio L.). Arch. Environ. Contam. Toxicol. 23, 410-419.
Kalman, M., Pritz, M., 2001. Glial fibrillary acidic protein -immunopositive structures in the brain of a crocodilian, Caiman crocodilus, and its bearing on the evolution of astroglia. J. Comp. Neurol. 17, 460-480.
Miller, G.L., 1959. Protein determination for large numbers of samples. Anal. Chem. 31(5), 964-966.
Nedzvetskii, V.S., Tuzcu, V., Yasar, A., Tikhomirov, A.A., 2006. Effects of vitamin E against aluminum neurotoxisity in rats. Biochem. (Mosc.) 71(3), 239-244.
Nedzvetskiy, V.S., Nerush, P.A., 2011. Hyperthyreosis effects on the learning, memory and glial intermediate filaments of a rat brain. Int. J. Physiol. Pathophysiol. 2(3), 269-278.
Norton, W.T., Aquino, D.A., Hozumi, I., 1992. Quantitative aspects of reactive gliosis: A review. Neurochem. Res. 17(9), 877-885.
Ohkawa, H., Ohishi, H., Yagi, K., 1979. Assay for lipid peroxides in animal tissues by thiobarbituric acid reaction. Anal. Biochem. 95(2), 351-358.
Sofroniew, M.V., Vinters, H.V., 2010. Astrocytes: Biology and pathology. Acta Neuropathol. 119, 7-35.
Надшшпа до редколегп 24.03.2014
