CC BY
44
Изучение биоаккумулирующей способности бактерий рода Bacillus в отношении ионов кадмия в условиях in vitro и in vivo
А.Н. Сизенцов, к.б.н., Г.В. Карпова, д.б.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ; Е.Ю. Исайкина, к.б.н., ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
Кадмий (Cd) является одним из опасных загрязнителей природной среды. Адсорбируясь через лёгкие и желудочно-кишечный тракт, уже через несколько минут он обнаруживается в крови. Кадмий обладает канцерогенным, гонадотропным, эмбриотропным, мутагенным и нефротоксическим действием. Реальная угроза неблагоприятного воздействия на население даже при низких уровнях загрязнения связана с высокой биологической кумуляцией этого металла. Последствия короткого контакта с высокими концентрациями кадмия в воздухе приводят к лёгочному фиброзу, стойкому нарушению лёгочных и печёночных функций [1].
Токсическое влияние Cd сказывается прежде всего на потомстве, поскольку, проникая через плаценту, кадмий способен изменять её ферментативный статус систем [2]. При введении Cd per os беременным и кормящим крысам у потомства обнаруживают повреждения репродуктивной системы и задержку физического развития [3]. Результатом пренатального и постнатального воздействия Cd являются скелетные нарушения, нарушения обмена белков, липидов, ингибирование ряда ферментов.
Способность спорообразующих бактерий оказывать пробиотическое действие привела к разработкам на их основе препаратов, отнесённых к поколению так называемых самоэлиминирующихся антагонистов [4]. В мире создано более полусотни препаратов, которые полностью или частично составлены на основе спорообразующих бактерий [5].
Материал и методы исследования. В исследовании были использованы три пробиотических препарата: Споробактерин жидкий, Бактисубтил и Ветом 2. Два препарата представлены монокультурами — Споробактерин жидкий, в котором основой является Bacillus subtilis 3, и Бактисубтил, основу которого составляет Bacillus cereus IP 5832. Ветом 2 является бинарным препаратом, который имеет в своём составе Bacillus subtilis В 7048 и Bacillus licheniformis В 7038.
Исследование было выполнено на модели групп-аналогов лабораторных животных (крыс). В качестве токсиканта была использована соль тяжёлого металла — сульфат кадмия (CdSO4). Восстанавливается водородом до сульфида. Хорошо растворяется в воде, мало растворим в спирте. Применяется для получения соединений кадмия и в фармацевтической промышленности. При выборе металла исходили из того, что он является наиболее
опасным загрязнителем окружающей среды, в том числе и в Оренбургской области.
Исследование выполнено в два этапа. На первом изучали биоаккумулирующую способность бактерий рода Bacillus ионов кадмия из питательных сред в эксперименте in vitro. На втором этапе эксперимент проводили в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета на модели групп-аналогов лабораторных белых крыс линии Вистар. При распределении животных на группы придерживались общепринятых принципов подбора аналогов, сходных по возрасту (4-месячные крысы), физиологическому состоянию, которое оценивали по двум параметрам: питание и поведение находившихся в пределах физиологической нормы животных, имеющих живую массу 200—250 г. Пол лабораторного животного значения не имел. Важное преимущество белых крыс как лабораторных животных заключается в том, что они довольно устойчивы к инфекционным заболеваниям и дают большой приплод. Вес белых крыс небольшой, разводить их и содержать в условиях вивария несложно, и это позволяет проводить над ними массовые опыты.
Нами было использовано 96 особей, из которых сформировали восемь групп животных — пять контрольных и три опытных. Крысы первой контрольной гр. получали основной рацион (Kq), второй контрольной гр. — основной рацион (ОР) и сульфат кадмия из расчёта 150 мг/кг массы тела (К1), третьей контрольной гр. — ОР с добавлением Споробактерина (К2), четвёртой контрольной гр. — ОР с добавлением Ветома 2 (К3) и пятой контрольной гр. — ОР с добавлением Бактисубтила (К4). В трёх опытных группах в основной рацион добавляли сульфат кадмия и пробиотики Ветом 2 (О1), Споробактерин (О2), Бактисубтил (О3).
Для определения содержания ионов кадмия в исследуемых образцах использовали атомно-абсорбционный метод. Данный метод основан на свойстве атомов химических элементов, образующихся при распылении зольных растворов в пламя ацетилен-воздух, поглощать свет определённой длины волны. В качестве атомно-абсорбционного спектрофотометра использовали прибор типа AAS-1 (ГДР) с набором спектральных ламп. Спектрофотометр атомно-абсорбционный представляет из себя автоматизированную систему, обеспечивающую пробоподачу и измерение атомной абсорбции. Произведён фирмой «Analytik Jena», г. Санкт-Петербург, Россия.
Результаты исследования. В ходе эксперимента in vitro было установлено незначительное нако-
Снижение содержания ионов кадмия в исследуемых тканях лабораторных животных, %
Препарат Бактисубтил Споробактерин Ветом 2
Исследуемая ткань костная мышеч- кожный костная мышеч- кожный костная мышеч- кожный
ткань ная ткань покров ткань ная ткань покров ткань ная ткань покров
Количество выведенного
кадмия 56,25 93,27 23,07 19,04 66,66 98,66 31,57 3,84 97,34
Итого: 57,74 61,45 44,25
пление ионов кадмия из питательных сред. Так, содержание ионов кадмия в биомассе B.subtilis 534 и B.subtilis 3 составляло 5,68 и 4,93%, а в биомассе B.cereus IP 5832 и B.licheniformis — 4,3 и 3,88% соответственно.
На втором этапе исследования нами была проанализирована способность бактерий рода Bacillus к накоплению и выведению кадмия из организма экспериментальных животных (для этого изучали такие биологические материалы, как костная и мышечная ткань, кожный покров).
В результате эксперимента было установлено, что содержание кадмия в костной ткани лабораторных животных на 7-е сут. исследования в опытных группах (Оь О2, О3) превышало значения К на 61,37 и 91% соответственно, однако уровень показателей оказался ниже значений К1 в группе О1 на 44%, О2 — на 20% и О3 — на 30% соответственно.
Далее наблюдалось стабильное снижение содержания кадмия в костной ткани животных к 14-м и 21-м сут. эксперимента, причём на 14-е сут. показатели у особей опытных групп были ниже, чем показатели на 7-е сут.: в О1 — на 8%, в О2 — на 7% и в О3 — на 45%. При этом показатели в группах О1, О2 и О3 превышали содержание кадмия в костной ткани крыс группы К0, но были ниже, чем у аналогов группы К1, на 43, 38 и 65% соответственно.
На 21-е сут. эксперимента в костной ткани крыс опытных групп О1, О2 и О3 зафиксировано снижение содержания кадмия по отношению к 14-м сут. на 6, 11 и 6% соответственно.
Аналогичная динамика зарегистрирована при определении содержания ионов кадмия в мышечной ткани и кожном покрове. В таблице представлены данные, свидетельствующие о снижении содержания ионов кадмия во всех исследуемых тканях и кожном покрове животных на 21-е сут. эксперимента при применении пробиотических препаратов Бактисубтил, Ветом 2 и Споробактерин.
Вывод. В результате проведённых исследований было установлено, что наиболее активно кадмий накапливается в костной ткани, а наименее — в шкуре. Максимум выведения кадмия из организма лабораторных животных при применении пробио-тических препаратов зарегистрирован на 7-е сут. эксперимента. Затем происходит стабильное снижение количества выведенного кадмия. При этом наиболее эффективным оказался пробиотичекий препарат Споробактерин, а наименее эффективным — Ветом 2.
Литература
1. Ревич Б.А. Экологическая эпидемиология. М.: Академия, 2004. 206 с.
2. Wloch S. Dunamics of morphological and cytochtmical changel in the placenta following cadmium chloride intoxication // Ginecol. Pol. 1992. Vol. 63. № 6. P. 264-275.
3. Corpas I., Antonio M T. Study of alteration produced by cadmium and cadmium / leand administration during gestational and early lactation periods in the reproductive organs of the rat // Ecotoxicol. Environ. Saf. 1998. Vol. 41. № 2. P. 180-188.
4. Сизенцов А.Н. Эффективность применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus при лечении экспериментальной интоксикации медью / А.Н. Сизенцов, Е.Ю. Исайкина, О.В. Кван, Е.А. Сизова // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3.
5. Савельева Т.А. Спорообразующие аэробные бактерии, используемые для получения пробиотиков. [Электронный ресурс]. URL: http://www.blagovesta.su. (дата обращения 7.10.2013 г.).
Влияние кислой среды на активность ферментных препаратов
О.Ю. Ширяева, к.б.н., С.С. Шукшина, к.б.н., ФГБОУ ВПО Оренбургский ГПУ
Гидролитический ферментативный распад поступающих с пищей веществ называется перевариванием. Процесс переваривания протекает на первом этапе обмена веществ. Он осуществляется под действием соответствующих ферментов класса гидролаз, которые образуются в железах различных отделов пищеварительного канала и секретируют-ся в составе различных пищеварительных соков. В процессе переваривания поступающие пита-
тельные вещества, во-первых, превращаются в продукты, способные легко всасываться в кровоток или лимфу из просвета кишечника, и, во-вторых, теряют видовую и тканевую специфичность.
Дефицит ферментов проявляется в виде изжоги, метеоризма и т.д., что приводит к нарушению пищеварения и развитию различных патологических состояний. Для коррекции таких состояний применяют различные ферментные препараты. Одни ферментные препараты используют при внешнесекреторной недостаточности поджелудочной железы, а другие — для снижения болевых
