CC BY
109
Общая биология
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 2 (2), с. 59-64
УДК 591.524.11 (470.341)
ТОКСИЧНОСТЬ БИОЦИДОВ ПРИ ИЗОЛИРОВАННОМ И КОМБИНИРОВАННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ В РЯДУ ПОКОЛЕНИЙ DROSOPHILA MELANOGASTER
© 2011 г. Д.Б. Гелашвили 1, В.Ф. Смирнов 2, О.Н. Смирнова 2,
Ю.Л. Вавилов 1, А.А. Нижегородцев 2, М.Е. Безруков 2, А.А. Силкин 2
1 Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского 2 НИИ химии Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского
Поступила в редакцию 22.03.2011
Проведена оценка параметров токсикометрии биоцидов различной химической природы для 3-х поколений плодовой мушки Drosophila melanogaster при изолированном и комбинированном применении. Показано что для большинства биоцидов характерно снижение относительной токсичности в ряду поколений, тогда как усиление токсического эффекта отмечено только для лесептика и антисептика В.
Ключевые слова: биоциды, токсикометрия, комбинированное действие, дрозофила.
Введение
Биоразрушение строительных и полимерных материалов является актуальной экологотехнологической проблемой, поскольку грибы и микроорганизмы способны использовать техногенные субстраты в качестве источников питания и, как следствие, вызвать их деструкцию [1, 2]. Биодеградация приводит к значительному экономическому ущербу, кроме того, многие биодеструкторы являются условно-патогенными организмами, способными вызывать заболевания человека и животных. Химические средства, широко применяемые для защиты строительных и конструкционных материалов от биодеградации -биоциды, должны обладать селективной биологической активностью, направленной против соответствующих биодеструкторов (грибов, микроорганизмов, насекомых). К сожалению, эта избирательность не бывает абсолютной и поэтому биоциды характеризуются побочными токсическими эффектами, в том числе способностью к кумуляции в ряду поколений, и являются потенциально опасными для здоровья людей и окружающей среды [3, 4].
Кроме того, в рецептуре средств защиты от биодеградации часто используют комбинации биоцидов, что ставит на повестку дня необходимость изучения их комбинированных эффектов [5]. Таким образом, оценка экологической безопасности биоцидов должна включать в себя параметры токсикометрии при их изолированном и комбинированном применении на широком круге тест-объектов.
Цель работы - оценка параметров токсикометрии биоцидов различной химической природы для 3-х поколений плодовой мушки Drosophila melanogaster при изолированном и комбинированном применении.
Материалы и методы исследований
В работе были использованы следующие биоциды и их бинарные смеси.
1. Биоцик К (дегидроабиетил-4-этоксиди-метил-этиламмоний бромид) - четвертичное аммониевое соединение на основе канифоли. Обладает выраженной фунгицидной и бактерицидной активностью. Используется в медицине и косметической промышленности после дополнительный очистки.
2. Биоцик Т (дегидроабиетил-4-этоксиди-метил-этиламмоний бромид) - четвертичное аммониевое соединение на основе смоляных кислот. Используется для обработки промышленных материалов.
3. Капатокс - водный микробиоцидный раствор, используемый для защиты от образования налета водорослей, мха, плесени на наружных и внутренних поверхностях.
4. Нуосепт 95 - консервант, содержащий:
5 -гидроксиметил-1 -аза-3, 7-гидроксибицикло(3,3,0)октан; 5-гидрок-симетоксиметил-1 -аза-3,
5 -гидроксиполи(метиленокси-метокси-1 -
аза-3,
7-гидроксибицикло(3,3,0)октан.
5. Катапав - четвертичное аммониевое соединение, обладает фунгицидной и бактерицидной активностью, действующее вещество -хлорид алкилдиметилбензиламмония.
6. Метатин 520 - жидкий консервант на основе изотиазолон- и алкалон-производных.
7. Лесептик - антисептик на основе алкил-диметилбензиламмоний хлорида и смеси моно-терпеновых соединений соснового масла.
8. Антисептик В - антисептик на основе ка-тамина АБ (хлорида алкилдиметиламмония) и аммиаката меди.
Для изучения комбинированного действия биоцидов были приготовлены бинарные смеси, применяемые в настоящее время или имеющие перспективу применения, содержащие биоциды в равных концентрациях:
1. биоцик К + биоцик Т;
2. капатокс + нуосепт 95;
3. катапав + метатин 520;
4. лесептик + антисептик В.
Токсичность биоцидов при изолированном
и комбинированном применении изучалась на диком типе (Normal) плодовой мушки Drosophila melanogaster в лабораторных условиях. В пробирку с питательной средой [6] помещали 3 пары самцов и самок дрозофил. Для скрещивания отбирали виргинных самок не старше 10-12 часов после вылупления. Для этого за 1 сутки до начала выхода мух родительские особи удалялись из пробирок. Затем через каждые 6-8 часов отбирали и изолировали виргинных самок для постановки опыта. Водные растворы биоцидов в концентрациях 0.5, 1, 2.5, 5 и 10% в объеме 0.15 мл вносили на питательную среду в пробирку. Каждая концентрация биоцидов при изолированном и комбинированном применении изучалась в 5 повторностях. Гибель в потомстве оценивали по формуле
Nd {%) = {Nk - N >100/Nk ,
где Nk - число мух в контроле, Ni - число мух в i-той повторности. Исследование проведено на трех последовательных поколениях дрозофил через каждые 12 суток. Параллельно ставили контроль на трех поколениях дрозофил без добавления биоцидов.
Среднесмертельные концентрации (CL50) с доверительными интервалами для всех биоцидов при изолированном и комбинированном применении определяли методом пробит-анализа (Biostat 2007). Изменение токсичности биоцидов при изолированном и комбинированном применении в ряду поколений определяли по показателю относительной токсичности (relative toxicity)
RT CL50(F,)
CL5Ö( F1)
где CL50(F) - среднесмертельная доза для /-того поколения, i = 2, 3 ...и; CL50(Fi) - среднесмертельная концентрация для поколения F1.
При оценке комбинированного действия бинарных смесей биоцидов руководствовались общепринятыми алгоритмами [3, 5].
Все статистические расчёты проводили в пакетах Stastistica 8.0 и Biostat 2007 в соответствии с рекомендациями, изложенными в работах [7-11].
Результаты и их обсуждение
Изолированное действие. Исследование острой токсичности изучаемых биоцидов при их изолированном действии на первое поколение дрозофил (F1) показало, что наибольшей токсичностью обладал нуосепт 95, CL50 которого составила 2.63% при доверительном интервале (2.19^3.66%) (табл. 1). Минимальной токсичностью в этих условиях обладал биоцик К (CL50 = 10.31%; 9.28^11.34%). По параметру острой токсичности (CL50) для дрозофил первого поколения, с учетом перекрывания доверительных интервалов, изученные биоциды могут быть разбиты на три группы. В первую группу высокотоксичных биоцидов входят нуосепт 95 и капатокс, вторая группа - умеренно токсичных биоцидов - представлена катапавом и антисептиком В. Наконец, третья группа малотоксичных биоцидов состоит из биоцика Т и био-цика К. Метатин и лесептики занимают промежуточные позиции между этими группами.
При изучении острой токсичности изолированного действия биоцидов в ряду поколений (F2 и F3) с помощью показателя относительной токсичности (RT) выяснилось, что для большинства биоцидов характерно снижение токсичности (RT > 1), тогда как усиление токсического эффекта (RT < 1) отмечено только для лесептика и антисептика В (табл. 2, рисунок).
Итак, изучение изолированного токсического действия биоцидов на дрозофил показало, что эти вещества в разы различаются по параметру острой токсичности (CL50). Например, нуосепт 95 почти в 4 раза токсичнее биоцика К. Кроме того, в ряду поколений биотеста может развиваться как резистентность, так и повышенная чувствительность к биоциду, возможно связанная с кумулятивным эффектом.
Комбинированное действие. Было изучено токсическое действие четырех бинарных комбинаций биоцидов на трех поколениях дрозофил (табл. 1). При оценке характера комбиниро-
Параметры токсикометрии (СХ50 и доверительный интервал, % ) биоцидов при изолированном и комбинированном действии на различные поколения Drosophila melanogaster
Поколение
Fi f2 Fз
Биоциды Изолированное действие Комбинированное действие Изолированное действие Комбинированное действие Изолированное действие Комбинированное действие
Катапав 5.89 5.06-6.72 8.82 8.95 8.16-9.74 6.53 8.43 7.64-9.22 6.86
Метатин 520 4.02 2.67-5.37 7.59-10.06 8.36 7.43-9.29 5.58-7.49 8.07 6.87-9.28 5.74-7.98
Капатокс 2.92 2.19-3.66 2.53 4.09 3.14-5.05 3.21 2.35 1.45-3.26 1.50
Нуосепт 95 2.63 1.69-3.56 1.67-3.39 4.85 3.92-5.78 2.41-4.00 3.39 2.37-4.42 0.63-2.38
Биоцик Т 8.34 7.50-9.19 13.35 10.54 9.82-11.26 10.54 10.3 9.44-11.17 7.27
Биоцик К 10.31 9.28-11.34 11.86-14.83 9.05 8.13-9.98 9.50-11.58 13.54 12.47-14.61 6.17-8.38
Лесеитик 6.91 6.02-7.80 5.69 5.43 4.84-6.02 7.58 4.56 4.04-5.07 9.65
Антисептик В 6.22 5.31-7.12 4.91-6.47 3.65 2.06-5.25 6.35-8.81 4.45 2.51-6.38 7.87-11.44
Таблица 2
Относительная токсичность (RT) биоцидов и их комбинаций в ряду поколений
Drosophila melanogaster
Биоциды их комбинации Fi F2 F3
Катапав 1 1.52 1.43
Метатин 520 1 2.08 2.0
Катапав + метатин 520 1 0.74 0.77
Капатокс 1 1.40 0.80
Нуосепт 95 1 1.84 1.29
Капатокс + нуосепт 95 1 1.27 0.59
Биоцик Т 1 1.26 1.24
БиоцикК 1 0.88 1.31
Биоцик Т + биоцик К 1 0.79 0.54
Лесептик 1 0.79 0.66
Антисептик В 1 0.59 0.71
Лесептик + антисептик В 1 1.33 1.70
ванного действия биоцидов сравнивались изоэффективные дозы (С150), при этом следует учитывать, что токсичность как при изолированном, так и комбинированном применении биоцидов обратно пропорциональна значению среднесмертельной концентрации (СХ50). Анализ данных табл. 1 для поколения F1 показывает, что с учетом доверительного интервала антагонистическое комбинированное действие установлено для смесей «катапав + метатин 520» и «биоцик К + биоцик Т». Смеси «капа-токс + нуосепт 95» и «лесептик + антисептик В» характеризуются аддитивным комбинированным эффектом. Для поколения F2 антагонистический эффект установлен только для смеси «лесептик + антисептик В», тогда как для трех других изученных бинарных смесей наблюдался эффект аддитивности. Наконец, для поколения F3 аддитивный эффект установлен для смесей «катапав + метатин 520» и «капатокс + нуосепт 95», потенцирование для смеси «биоцик К + биоцик Т» и антагонизм для смеси «лесеп-тик + антисептик В».
В рассматриваемом ключе информативным является сравнение токсичности комбинированного применения биоцидов с использованием показателя относительной токсичности (ЯТ) (табл. 2, рисунок). Из четырех исследованных бинарных смесей только смесь «лесептик + антисептик В» характеризовалась снижением токсичности в ряду поколений (ЯТ > 1), тогда как три другие смеси демонстрировали возрастание токсичности (ЯТ < 1). Следует подчеркнуть, что развитие резистентности к действию смеси биоцидов или их кумулятивного эффекта не является следствием проявления их изолированного действия. Рассмотрим два контрастных примера (рисунок). Для биоцидов катапава и метатина 520 при изолированном действии ха-
рактерно развитие резистентности, что проявляется в увеличении значения СЬ50 и, следовательно, снижении токсичности в ряду поколений (ЯТ > 1). Напротив, при комбинированном действии смесь «катапав + метатин 520» демонстрирует возрастание токсичности в ряду поколений (ЯТ< 1). Для биоцидов лесептик, антисептик В и их комбинации установлена обратная картина. Оба биоцида демонстрировали увеличение токсичности в ряду поколений (кумулятивный эффект), тогда как их смесь характеризовалась снижением относительной токсичности (развитие резистентности).
Подведем краткий итог полученным данным. В настоящее время считается, что начальный этап возрастания адаптаций к интенсивным внешним воздействиям характеризуется срочным, но не совершенным набором защитнокомпенсаторных реакций, которые позволяют поддерживать адекватную жизнедеятельность за счет усиленного использования функциональных резервов [12]. Снижение резистентности дрозофил в ряду поколений к действию смесей «катапав + метатин 520», «капатокс + нуосепт 95» и «биоцик Т + биоцик К» свидетельствует, по-видимому, об отсутствии адаптации. В то же время, повышение токсичности (снижение СЬ50) этих комбинаций биоцидов позволяет предположить наличие кумулятивного эффекта. Особый интерес представляют данные о снижении токсичности в ряду поколений для смеси «лесептик + антисептик В», что открывает возможность направленного создания рецептуры смесей, имеющих высокую специфическую активность при сниженных побочных эффектах, возможно за счет развития адаптационных процессов. Следует также обратить внимание, что в 58% случаев комбинированного воздействия отмечены аддитивные эффекты.
I— Катапав
I— Метатин Б20
fc— Катапаб+ Метэтин 520
Поколения
—*--Лесептик
-Антисептик В
-/ІЄСЄПТИК+
Антисептик В
Поколения
Рис. Сравнение относительной токсичности биоцидов при из изолированном и комбинированном применении в ряду поколений Drosophila melanogaster: a - катапав, метатин 520 и их комбинация; б - лесептик, антисептик В и их комбинация
Подчеркнем, что в современной токсикологии аддитивный эффект токсикантов предполагает, что при однонаправленном действии смесь ведет себя как одно вещество. Другими словами, эффект действия смеси равен эффекту, наблюдаемому при изолированном воздействии компонентов в соответствующих изоэффективных дозах. Принимая во внимание, что исследованные биоциды представляют собой коммерческие препараты, в настоящее время учесть токсические эффекты ингредиентов, входящих в их состав и способных модифицировать действие активного начала биоцида, не представляется возможным.
Таким образом, изучение изолированного и комбинированного токсического действия биоцидов в ряду поколений биологических тест-объектов имеет важное значение для решения вопросов экологической безопасности их производства и применения.
Список литературы
1. Радбиль Б.Н., Кушнир С.Р., Радбиль А.Б., Шмидт Э.Н. и др. Четвертичные аммониевые соединения на основе смоляных кислот и канифоли. Их коллоидно-химические и биоцидные свойства // Журн. прикл. химии. 2008. Т. 81. № 5. С. 837-842.
2. Ерофеев В.Т., Комохов П.Г., Смирнов В.Ф. Защита зданий и сооружений от микробиологических повреждений. СПб.: Наука, 2009. 192 с.
3. Батян А.Н., Фрумин Г.Т., Базылев В.Н. Основы общей и экологической токсикологии. СПб.: СпецЛит, 2009. 352 с.
4. Папченкова Г.А., Голованова И.Л., Ушакова Н.В. Репродуктивные показатели и активность гид-ролаз у Daphnia magna Straus в ряду поколений при действии гербицида «Раундап» // Биол. внутрен. вод. 2009. № 3. С. 105-110.
5. Петин В.Г., Сызынис Б.И. Комбинированное воздействие факторов окружающей среды на биологические системы. Обнинск: ИАТЭ, 1997. 74 с.
6. Медведев Н.Н. Практическая генетика. М.: Наука, 1966. 237 с.
7. Глотов Н.В., Животовский Л.А., Хованов Н.В., Хромов-Борисов Н.Н. Биометрия. Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1982. 263 с.
8. Ивантер Э.В., Коросов А.В. Основы биометрии: введение в статистический анализ биологических явлений и процессов. Петрозаводск: Изд-во Петрозаводского гос. ун-та, 1992. 168 с.
9. Гелашвили Д.Б., Безруков М.Е., Белыше-ва О.И., Черников А.А. Количественные методы кумулятивного и комбинированного действия ксенобиотиков // В кн.: Экологический мониторинг. Мето-
ды биологического и физико-химического мониторинга. Часть III / Под ред. проф. Д.Б. Гелашвили. Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 1998. С. 175-217.
10. Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1998. 459 с.
11. Реброва О.Ю. Статистический анализ ме-
дицинских данных. Применение прикладных программ STATISTICA. М.: МедиаСфера, 2003.
312 с.
12. Кривощеков С.Г., Леутин В.П., Диверт В.Э. Системные механизмы адаптации и компенсации // Бюл. Сиб. отд. Рос. акад. мед. наук. 2004. № 2.
С. 128-153.
BIOCIDE TOXICITY IN ISOLATED AND COMBINED ACTION ON DROSOPHILA MELANOGASTER IN A SERIES OF GENERATIONS
D.B. Gelashvili, V.F. Smirnov, O.N. Smirnova, Yu.L. Vavilov,
A.A. Nizhegorodtsev, M.E. Bezrukov, A.A. Silkin
The estimation has been made of toxicometry parameters of biocides of different chemical nature in isolated and combined application to three generations of the fruit fly Drosophila melanogaster. For most biocides (Biotsik K, Biotsik T, Capatox, Nuosept 95, Katapav, Metatin 520), a reduction in relative toxicity has been shown in a series of generations while the toxical enhancement has been marked only for leseptic and antiseptic B.
Keywords: biocides, toxicometry, combined action, Drosophila melanogaster.
