CC BY
144
Эффективность применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus для биокоррекции Cu на основании изучения показателей крови лабораторных животных
А.Н. Сизенцов, к.б.н, ФГБОУ ВПО Оренбургский ГУ; Е.Ю. Исайкина, ФГБОУ ВПО Оренбургский ГАУ
В настоящее время в условиях интенсивного техногенного загрязнения в окружающей среде стали широко распространены тяжёлые металлы. Большая часть тяжёлых металлов необходима в микродозах для нормального функционирования
живых систем. Однако при их передозировке наблюдаются нарушения жизнедеятельности как у человека, так и животных. Их соединения не участвуют в нормальном обмене веществ, и их постепенное накопление ведёт к различным заболеваниям [1].
Оренбургская область является крупным многоотраслевым промышленным комплексом и зани-
мает одно из ведущих мест среди регионов России по загрязнению окружающей среды. В целом, оценивая эколого-геохимическое состояние природных сред Оренбургской области, необходимо отметить, что их загрязнение тяжёлыми металлами носит мозаичный и полиметальный характер. Экологическая обстановка области характеризуется как опасная, что обусловлено высоким уровнем загрязнения тяжёлыми металлами атмосферного воздуха, почвенного покрова и поверхностных водных объектов.
Известно, что способность концентрировать металлы широко распространена в природе среди различных организмов. Большой интерес вызывает изучение данной способности среди микроорганизмов, входящих в состав пробиоти-ческих препаратов. Пробиотики обладают такими свойствами, как антагонистическая активность в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, высокая ферментативная активность, иммуностимулирующее действие. Важным является то, что входящие в состав пробиотических препаратов микроорганизмы рода Bacillus являются самоэлеминирующимися антагонистами и способны оказывать антитоксическое действие, проявляющееся в активном выведении токсичных веществ из организма, в частности тяжёлых металлов [2, 3].
Тяжёлые металлы обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям. Многие из них имеют переменную валентность и участвуют в окислительно-восстановительных процессах. Тяжёлые металлы могут выступать в экосистемах в роли биогенных элементов, т.е. химических элементов, постоянно входящих в состав живых организмов и выполняющих определённые биологические функции. Также могут выступать в качестве токсикантов, т.е. веществ, приводящих в определённых дозах (небольших относительно массы тела) или концентрациях к расстройству или нарушению тех или иных процессов жизнедеятельности организма либо к возникновению отравления (интоксикации) или каких-либо заболеваний, патологических состояний.
Деятельность значительной части тяжёлых металлов в биологических системах различна [4]. Ионы тяжёлых металлов принимают участие практически во всех процессах обмена веществ. Известно, что микроорганизмы при взаимодействии с ионами тяжёлых металлов способны их накапливать. Способность микроорганизмов аккумулировать тяжёлые металлы играет важную роль и в экологических взаимоотношениях микроорганизмов. В природных условиях встречается большое количество микроорганизмов, которые адсорбируют от 30 до 40% ионов тяжёлых металлов на своей поверхности. Способность аккумулировать металлы обнаружена и среди условно-патогенных микроорганизмов. Микробная аккумуляция метал-
лов является ключевым моментом в геохимической и биологической рециркуляции этих элементов. Положительные эффекты аккумуляции заключаются в детоксикации металлов в окружающей среде с последующей выгодой для более чувствительных видов [5, 6].
В настоящее время наибольший интерес по способности аккумулировать металлы вызывают бактерии рода Bacillus. Интерес к микроорганизмам рода Bacillus в отношении их способности к накоплению ионов тяжёлых металлов возник в связи с данными, которые были получены на кафедре микробиологии Университета Порт-Харкорт в Нигерии, где были проведены исследования по изучению аккумуляции бактерий тяжёлых металлов (кадмия, свинца, цинка и никеля) тремя видами бактерий (Bacillus, Staphilococcusи Pseudomonas), которые использовались в качестве сорбентов тяжёлых металлов в речной воде с целью их очистки [7].
Микроорганизмы рода Bacillus отличаются высоким и разнообразным спектром биологической активности. Они продуцируют целый ряд ферментов, лизирующих крахмал, пектины, целлюлозу, жиры, белки, также производят различные аминокислоты, антибиотики, витамины и многие другие вещества. Особый интерес к изучению способности бактерий рода Bacillus к накоплению металлов также вызван тем, что некоторые из них являются основой для создания пробиотических препаратов [8, 9]. Изучение способности бактерий рода Bacillus, входящих в состав пробиотиков, к накоплению тяжёлых металлов является важным с целью оценки эффективности применения про-биотиков на их основе при отравлении тяжёлыми металлами. В дальнейшем это может послужить основой для совершенствования пробиотических препаратов для лечения и профилактики кишечных инфекций при одновременном удалении из организма токсичных веществ, в частности тяжёлых металлов [10, 11].
В связи с этим целью нашей работы являлось определение эффективности применения про-биотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus при интоксикации Cu на основании изучения динамики показателей крови.
Материалы и методы. Для реализации поставленной цели нами были определены следующие задачи: изучить влияние ионов меди на морфологические и гематологические показатели крови экспериментальных животных; изучить влияние ионов меди на показатели неспецифической резистентности крови экспериментальных животных. Данные задачи были реализованы при помощи биологической модели лабораторных животных, у которых интоксикация медью была искусственно вызвана. В качестве объектов исследования использовались лабораторные крысы. Экспериментальное моделирование по изучению воздействия ионов меди на гематологические и показатели неспецифического
иммунитета осуществляли посредством добавления сульфата меди в рацион экспериментальных животных. В дальнейшем была изучена способность пробиотических препаратов снижать токсический эффект, вызванный высоким содержанием меди.
В работе были использованы три пробиотиче-ских препарата: Споробактерин жидкий, Бактисуб-тил и Ветом 2. Основой споробактерина является Bacillus subtilis 3, Бактисубтила — Bacillus cereus IP 5832. Ветом 2 является бинарным препаратом, который имеет в своём составе Bacillus subtilis В 7048 и Bacillus licheniformis В 7038.
Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием первичных методов вычисления элементарных математических статистик: среднее значение, среднее квадратичное отклонение.
С целью проведения исследования из 108 особей было сформировано восемь групп — пять контрольных и три опытных. Группа К0 являлась фоном, в основной рацион животных гр. К1 добавляли только сульфат меди, К2 — Споробактерин жидкий, КЗ — Бактисубтил, К4 — Ветом 2. В основной рацион крыс опытных групп (О1, О2, ОЗ) добавляли и сульфат меди, и пробиотики. Дозировка пробиотиков соответствовала аннотациям к препаратам.
Подопытные животные находились в одинаковых условиях содержания. Кормление осуществляли в соответствии с нормами ВИЖа. Соли тяжёлых металлов задавали в первые сутки эксперимента, а пробиотики — через 12 час. с момента интоксикации с 1 по 7-е сут. Взятие материала проводили с периодичностью в семь дней (фоновое исследование, 7-е, 14-е и 21-е сут.) путём убоя животных методом декапитации. Кровь исследовали на морфологические показатели (эритроциты, гемоглобин, скорость оседания эритроцитов, лейкоцитарный профиль). Бета-литическую активность определяли фото-нефелометрическим методом по О.В. Бухарину.
Результаты исследования. Из всех морфологических показателей крови значимым изменениям подверглись составляющие лейкограммы — лим-
фоциты и нейтрофилы, а также СОЭ. Лимфоциты и нейтрофилы оказались за пределами физиологической нормы у животных контрольных и опытных групп на 7-е сут. исследования. Повышенное содержание лимфоцитов свидетельствует о наличии интоксикации тяжёлым металлом и, как следствие, ответной реакции организма на данный процесс. Наибольшие значения СОЭ отмечали в крови лабораторных животных опытных групп, что может свидетельствовать о наличии в организме воспалительного процесса, вызванного солями тяжёлых металлов. Уровень СОЭ в крови животных контрольных групп на протяжении всего эксперимента находился в пределах верхней границы физиологической нормы. Необходимо отметить положительное действие пробиотиков на морфологию крови, что проявилось в отсутствии резких изменений в лейкограммах животных опытных групп по отношению к фоновым значениям.
В качестве показателей естественной резистентности изучали лизоцимную и бета-литичекую активность.
Лизоцим (мурамидаза) — один из важных факторов неспецифической защиты организма. В ходе выполнения экспериментальной части было установлено, что концентрация лизоцима в сыворотке крови особей всех опытных групп была значительно выше по сравнению с группой К0, содержащейся на обычном рационе без добавления пробиотических препаратов и соли металла. Однако следует отметить, что к 14-м сут. эксперимента в группах О1 и О2 уровень изучаемого показателя снизился до уровня значений К0, а к 21-м сут. уровень лизоцимной активности в крови животных всех опытных групп был ниже уровня в группе К0. На наш взгляд, это может свидетельствовать об эффективности применения пробиотических препаратов при интоксикации медью (рис. 1).
Бета-лизины являются гормоноподобными мембрано-активными термостабильными полипептидами, способными к нейтрализации грамположи-тельных спорообразующих бактерий, в связи с чем мы и связываем повышение данного показателя у
Ч 6
s
1 5,5
и 5 =
* 4,5 а
£ 4
<и
s 3,5 о
И Т
фон
____Г---*-т I i
*--- а ---
Г> 1 <
--
7 14
срок взятия материала, сут.
21
Рис. 1 - Динамика лизоцимной активности сыворотки крови:
КО - фон; К1 - контроль, Си; К2 - контроль, Споробактерин; КЗ - контроль, Ветом 2; К4 - контроль, Бактисубтил; О1 - Си + Споробактерин; О2 - Си + Ветом 2; ОЗ - Си + Бактисубтил
f
18
к =
я а а
ё13 <и
Я „
х 8
о «
!
?
-■—Ко
А К2
Кз
К4
А А
• О,
• о.
фон 7 14
срок взятия материала, сут.
Рис. 2 - Динамика бета-литической активности сыворотки крови
21
животных опытных групп. При этом показатели в контрольных группах были выше нормы на всём протяжении опыта.
Динамика бета-литической активности сыворотки крови практически на всём протяжении эксперимента была аналогична лизоцимной активности сыворотки крови. Однако следует отметить, что концентрация бета-лизинов в сыворотке крови крыс всех опытных и контрольных групп, где применялись пробиотические препараты, превышала значения КО на протяжении всего эксперимента. Мы полагаем, что это может быть связано с тем, что бактерии рода Bacillus способны циркулировать в кровеносной системе, не вызывая септических явлений, но при этом активизируя показатели неспецифической резистентности (рис. 2).
Выводы. В результате исследования было установлено, что пробиотические препараты на основе спорообразующих бактерий рода Bacillus предотвращают развитие острого воспалительного процесса, о чём свидетельствуют отдельные гематологические показатели. Так, в крови животных всех опытных групп отмечалось снижение уровня СОЭ и происходила стабилизация лейкоцитарного профиля до значений физиологической нормы, в отличие от группы контроля металлов. Пробиотические штаммы микроорганизмов на основе бактерий рода Bacillus стимулируют показатели неспецифической резистентности сыворотки крови.
Литература
1. Алексеенко В.А. Основные факторы накопления химических элементов организмами // Соровский образовательный журнал. 2001. Т. 7. № 8. С. 20-24.
2. Сизенцов А.Н., Вишняков А.И., Новикова А.Е. Экологические аспекты аккумуляции свинца и цинка пробиотическими препаратами на основе бактерий рода Bacillus // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. № 4. С. 7-9.
3. Холопов Ю.А. Тяжёлые металлы как фактор экологической опасности: метод. указ. к самост. работе по экологии для студентов. Самара: СамГАПС, 2003. 42 с.
4. Будников Г.К. Тяжёлые металлы в экологическом мониторинге водных систем // Соровский образовательный журнал. 2000. № 5. С. 23-29.
5. Агаджанян Н.А., Скальный А.В. Химические элементы в среде обитания и экологический портрет человека. М.: изд-во КМК, 2001. 84 с.
6. Volesky B., Holan Z. Biosorption of Heavy Metals // Biotechnology Progress. 2008. V. 11. № 3. P. 235-250.
7. Smimov V.V. The current concepts of the mechanisms of the therapeutic-prophylactic action of Probiotics from bacteria in the genus Bacillus // Microbiol. 2003. № 4. С. 92-112.
8. Абрамова Л.Л. Сизенцов А.Н., Шеботина Н.В. Морфологическое обоснование эффективности применения про-биотических препаратов при лечении сальмонеллёза крыс // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2011. № 1 (29). С. 195-192.
9. Сизенцов А.Н. Эффективность применения пробиотических препаратов при интоксикации цинком // Вестник ветеринарии. 2013. № 2 (65). С. 34-36.
10. Sizentsov A. The use of probiotic preparations on basis of bacteria of a genus Bacillus during intoxication of lead and zinc / A. Sizentsov, O. Kvan, A. Vishnyakov, A. Babushkina, E. Drozdova // Life Science Journal 2014. 11 (10). URL: http:// www.lifesciencesite.com
11. Сизенцов А.Н., Исайкина Е.Ю., Кван О.В. и др. Эффективность применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus при лечении экспериментальной интоксикации медью // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3.
