Эколого-медицинский аспект проблемы нанобактерий Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 579.283.73

Г.В. Смирнов, Д.Г. Смирнов

Эколого-медицинский аспект проблемы нанобактерий

Приводятся результаты исследований, полученные с помощью электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа минеральных образований в воде, органах человека и животных при кариесе, желчно-каменной и почечно-каменной болезнях. Показано, что наиболее вероятной причиной этих заболеваний являются нанобактерии, покрытые каменной оболочкой, находящиеся в питьевой воде. Проведен корреляционный и регрессионный анализ статистических данных этих заболеваний и жесткости воды.

Широкое распространение нанобактерий в природе впервые было установлено профессором геологии Техасского университета Робертом Фольком [1, 2]. Исследования финских ученых [3—5] впервые позволили увидеть в этих бактериях опасность для человека и доказать, что они являются одной из причин камнеобразования в почках людей.

Нами было высказано предположение об участии нанобактерии в формировании зубных камней, желчекаменной и других болезней у человека и животных [6,7]. Исследования зубных камней и сколов кариесных зубов с помощью электронной сканирующей микроскопии показали, что их структура идентична и все они состоят из колоний нанобактерий (рис. 1). На фотографиях видно, что все объекты исследований представляют собой колонии нанобактерий. Каждая из нанобактерий имеет торообразную форму с питательными отверстиями. Диаметры каменных бактерий лежат в диапазоне 0,2—2 мкм. Идентичность формы, структуры и размеров нанобактерий позволяет сделать предположение о том, что мы имеем дело с одним и тем же видом микроорганизмов. Наличие их в зубных, почечных и желчных камнях человека и животных, а также в питьевой воде может указывать на грозную экологическую опасность этих бактерий для здоровья человека.

в г в

Рис. 1 — Сканирующая электронная микроскопия. Колонии нанобактерий: а — зубной камень коровы Х20000; б — зубной камень коровы Х30000; в — осадок воды Томского водозабора Х60000; г — зубной камень человека Х5000; д — желчный камень человека Х5000; ж — осадок воды из Томского водозабора Х5000

Исследования кариесных зубов и зубных камней у собак, свиней и желчных камней у кошек при помощи электронной микроскопии показали несколько иной результат. Оказалось, что больные зубы и зубные камни собак (рис. 2,а,г), свиней (рис. 2,е,д), а также желчные камни у кошек (рис. 2, в), насыщены нитеобразными бактериями и эти бактерии подобны нанобактериям, обнаруженным Р. Фольком среди минералов (рис. 2,б).

В зубных камнях коровы были обнаружены как торообразные (см. рис. 1,а,б), так и нитеподобные (рис. 2,3) нанобактерии. Как следует из рис. 2, нанобактерии, обнаруженные среди минералов Р. Фольком, полностью идентичны нанобактериям, обнаруженным нами в зубных камнях собак и желчных камнях кошек.

е ж

Рис. 2 — Сканирующая электронная микроскопия. Колонии нанобактерий: а — кариесный зуб собаки х4000; б — нанобактерии, обнаруженные Р. Фольком среди минералов; в —желчный камень у кошки х1000; г —зубной камень собаки х3000; д — зубной камень коровы х30000; е — зубной камень свиньи х30000; ж — зубной камень свиньи х20000

Таким образом, нами впервые было установлено, что причиной заболевания зубов и желчно-каменной болезни у животных являются нанобактерии.

Рентгеноструктурный анализ зубных камней человека, коровы и желчных камней кошки был осуществлен на установке ДРОН-3 с видом излучения ^^альфа при напряжении 25 кВ, силе тока 15 |дА, постоянной времени 1 с; скорость съемки 4 град/мин; анод — медь. Результаты анализа показали, что зубные камни человека содержат гетерозит (FeMn)PO4, гидроксилапатит Ca5(PO4)3(OH), витлонит CaMg)3(PO4)2 и другие минералы.

В составе зубных камней человека больше всего гидроксилапатита.

Рентгеноструктурный анализ желчных камней кошек показал, что в их состав входят аммоно-фосфатно-магниевые соединения, NН4-гидроурат, ксантин, карбонатапатит, оксала-ты (веделлит/вевеллит), аммонийфосфат-магний/карбонатапатит, аммонийфосфат-магний/ белок. Зубные камни коров и свиней также содержат минералы группы апатита типа граф-тонита, стерреттита, фосфосидерита и т.д. Сопоставление составов зубного камня человека, коровы, свиньи и желчного камня кошек показывает наличие гидроксилапатита и карбона-тапатита, которые по Р. Фольку являются основой каменной оболочки нанобактерий.

Таким образом, наши исследования подтвердили вывод Р. Фолька о том, что открытые им нанобактерии могут иметь торообразную и нитеобразную формы. Основу каменных оболочек нанобактерий составляют апатиты. Открытие колоний нанобактерий в питьевой воде, минералах, нефти, железных и алюминиевых конгломерациях, с одной стороны, и данные о том, что нанобактерии являются причиной чрезвычайно широкого класса заболеваний человека и животных, с другой стороны, являются важным аргументом, показывающим, что

нанобактерия — это новый, не известный ранее экологический фактор, который по степени, широте и опасности воздействия на организм человека и животных следует отнести к важнейшей экологической проблеме современности.

Чрезвычайно важную информацию о причинах заболевания человека может дать анализ статистики различных заболеваний за некоторый промежуток времени в том или ином районе. В частности, в доступной медицинской и экологической литературе мы не встречали данных о том, насколько тесно, с точки зрения статистики, связаны между собой те или иные заболевания. Представляется достаточно очевидным, что если статистическая связь между заболеваниями отсутствует или очень слаба, то причины, приводящие к данным заболеваниям, различны. Если же статистическая связь между заболеваниями сильна, то это однозначно может указывать на одни и те же причины, вызывающие эти заболевания. Присутствие сильной статистической связи между различными заболеваниями не только может указывать на одинаковость причин, приводящих к данным заболеваниям, но и облегчает поиск этих причин. Для статистического анализа нами выбрана следующая группа заболеваний: болезни щитовидной железы (зоб), сахарный диабет, желчекаменная и мочекаменная болезнь (уролитиаз).

Выбор заболеваний не случаен, а обусловлен тем, что проведенные нами исследования минеральных образований, возникающих при этих заболеваниях, с помощью электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа показали наличие в них нанобактерий [6,7].

Это дает основания для предположения, что именно нанобактерия является причиной данных заболеваний. Статистический анализ этих заболеваний в отдельных локальных местах (районах) может дать либо подтверждение этому предположению, если связь сильная, либо опровержение, если связь слаба или отсутствует.

В табл. 1 приведены статистические данные по заболеваниям щитовидной железы, сахарным диабетом, желчекаменной и мочекаменной болезням за 2001—2003 годы по 6 медицинским округам (районам) Томской области.

Расчет коэффициента линейной корреляции между любыми двумя факторами х^ и х^ будем производить по формулам:

2 (Ха " х )(х " Х)

т = ' =л .-г- — коэффициент линейной корреляции между параметрами

V / х Х

Ха и

и

2 Х

Х = — — среднее значение х^;

и .2.

х = —- — среднее значение х;

^ и ^

I и

- \2

2 (Ха - Х )

3 = Л /' =1 —-- — среднеквадратическое отклонение величины хк от среднего зна-

чения;

=И

и / _ >2 2 ь -х;

и -1

среднеквадратическое отклонение величины х от среднего зна-

чения.

По данным табл. 1 рассчитывались коэффициенты корреляции т^-^ между заболеваниями в каждом анализируемом году (табл. 2).

В математической статистике считается, что при коэффициенте корреляции т = 0,2—05 — связь слабая; при т = 0,5—0,7 — связь средняя; при т > 0,7 — связь сильная [8].

Как следует из табл. 2, в течение 3 лет, по которым проводился анализ, наблюдается сильная ежегодная связь между заболеваниями. Например, коэффициент корреляции между заболеваниями щитовидной железы и сахарным диабетом в 2001 году составлял т^х2 = 0,92, в 2002 году — = 0,902, в 2003 году — = 0,927. Аналогичная корреляционная связь существует и между другими заболеваниями.

Таблица 1

Статистика заболеваний по Томской области за 2001—2003 гг.

Округ (район) Болезни щитовидной железы Сахарный диабет X 2 Желчекамен-ная болезнь Х3 Мочекаменная болезнь X 4

2001 2002 2003 2001 2002 2003 2001 2002 2003 2001 2002 2003

Томский медицинский 15 29 22 281 310 338 18 21 8 0 0 0

Светлинский медицинский 3 4 7 246 296 348 11 10 6 14 26 30

Октябрьский медицинский 11 11 12 113 128 132 5 7 8 5 5 5

Лоскутовский медицинский 2 2 2 211 237 282 21 22 20 2 1 2

Турунтаевский медицинский 2 2 2 62 64 61 5 7 8 10 5 5

Томский район 33 48 45 913 1035 1161 60 67 50 31 37 42

Таблица 2

Коэффициенты корреляции между заболеваниями

Годы Гх1х2 ГХ1Х3 ГХ1Х4 ГХ2Х3 ГХ2Х4 ГХ3Х4

2001 0,920 0,886 0,773 0,982 0,839 0,78

2002 0,902 0,891 0,684 0,813 0,813 0,704

2003 0,927 0,862 0,736 0,817 0,817 0,64

Между всеми проанализированными болезнями существует сильная, практически функциональная линейная взаимосвязь, это может указывать на тот факт, что причиной всех этих заболеваний является отдельный экологический фактор (например, нанобактерия) или их некая одинаковая совокупность.

Наглядное представление о наличии нанобактерий в различных объектах, в том числе и в питьевой воде, дают исследования с помощью электронной микроскопии [6,7]. Однако такие исследования требуют дорогого электронного оборудования (электронного микроскопа, сканера, установки для ультратонких срезов и т. д.), значительных финансовых затрат на препараты при подготовке образцов для исследования и трудоемки.

Поэтому, помимо наглядных исследований с помощью электронного микроскопа, однозначно показывающих наличие или отсутствие нанобактерий в питьевой воде на всех этапах ее технологической обработки, следует искать иные, может быть и менее наглядные, но более доступные, менее трудоемкие и дешевые, достаточно убедительные методы, подтверждающие наличие нанобактерий в том или ином источнике воды. Для этой цели следует выбрать какой-то параметр, который достаточно легко измерить, дающий возможность количественной оценки нанобактерий в воде. Таким параметром, по нашему мнению, может являться жесткость воды. Действительно, с одной стороны, основу оболочек нанобактерий, как это следует из научной литературы и наших исследований, составляют различные соединения кальция. С другой стороны, жесткость воды определяется количеством карбонатов в воде. То есть жесткость воды должна быть связана с количеством нанобактерий в ней. Этот факт наглядно подтверждают наши исследования.

В табл. 3 приведена жесткость воды и количество нанобактерий, подсчитанных с применением метода Коса при помощи поляризационного оптического микроскопа.

Таблица 3

Связь жесткости воды с количеством нанобактерий в ней

Округ Ч X Ч1 ГЧХ

Тимирязевский 64 7,1 5,49

Лоскутовский 114 8,9 9,45

Томский 25 3,1 0,76 0,977 0,959 0,971

Октябрьский 98 8,0 8,21

Турунтаевский 81 7,5 7,96

Светлинский 74 6,5 5,3

Ч = 76 Х2 = 6,85 Ч = 6,1

В табл. 3 введены следующие обозначения: Ч — среднестатистическое количество нано-бактерий в 1 млх ; Х — жесткость воды, мг-экв/л; Ч-, — узловой зоб, на 1000 чел. за 5 лет; г^ , г^ , — коэффициенты корреляции между X и Ч, X и Ч-,, Ч и Ч-, соответственно.

Из таблицы следует, что между жесткостью воды и количеством нанобактерий в ней существует очень сильная, практически функциональная линейная зависимость. Это позволяет построить уравнение регрессии, связывающее количество нанобактерий с жесткостью воды:

Ч = Ъ0 + Ь1Х , (1)

гдеЧ — количество нанобактерий в 1 мл воды; Ъ0, Ь1 — коэффициенты регрессии. Из решения нормальных уравнений Гаусса получаем:

Ъ0 =-24,2 • 104; Ъ1 = 14,63 • 104;

Ч =-24,2 • 104 + 14,63 • 104Х . (2)

Таким образом, зная жесткость воды, всегда можно по уравнению (2) определить концентрацию нанобактерий в ней. Так как коэффициент линейной корреляции между жесткостью воды и уровнем заболевания зобом очень высок — г^ч = 0, 959 , то с жесткостью воды Х можно связать и заболеваемость зобом Ч :

Ч-, =-4,2 + 1,516Х . (3)

Убедительным подтверждением того факта, что именно нанобактерии вызывают образование почечных камней и заболевания мочекаменной болезнью (уролитиаз), являются данные табл. 4, позаимствованные в работе [9].

Таблица 4

Жесткость питьевой воды и заболеваемость уролитиазом населения г. Томска в 1989—1998 гг.

Годы Жесткость воды Х, Заболеваемость уролитиазом Ч 2 тхч2

моль/л на 1000 чел.

1989 5,4 0,6

1990 4,6 0,6

1991 5,2 0,6

1992 5,8 1,0

1993 5,8 1,2

1994 5,6 1,1 0,728

1995 5,9 1,6

1996 5,7 1,9

1997 5,6 1,0

1998 5,7 1,2

Х = 5,53 Ч = 1,08

Если использовать те же данные, что и в табл. 4, но со смещением на 1 год, с учетом латентности заболевания, то получим т^ч = 0,849. Как показал анализ, коэффициент корреляции между жесткостью воды и заболеванием уролитиазом очень высок, что еще раз доказывает тот факт, что причиной этого заболевания являются нанобактерии. Более высокий коэффициент корреляции через год указывает на то, что заболевание уролитиазом при заражении нанобактериями из питьевой воды происходит не сразу, а с некоторым запаздыванием, связанным с латентным течением болезни.

Сильная линейная связь между жесткостью воды и такими параметрами, как концентрация нанобактерий в воде, заболеваемость зобом, уролитиазом, желчекаменная и почечнокаменная болезни, позволяет получить прогностические уравнения регрессий. Решение системы нормальных уравнений Гаусса по данным табл. 3 дает адекватное уравнение регрессии, связывающее заболеваемость уролитиазом Ч 2 с жесткостью воды Х:

Ч2 =-2,726 + 0,7Х . (4)

Используя данные табл. 1, можно построить уравнения регрессий, связывающие болезни между собой. При этом в качестве аргумента возьмем величину Ч1, показывающую число заболеваний узловым зобом на 1000 чел. за 5 лет, так как она наиболее тесно связана с

жесткостью воды (г^ = 0,959) и известно уравнение этой связи (3). В качестве функций отклика возьмем величины Z — число заболеваний в год сахарным диабетом, Z2 — число заболеваний в год желчекаменной болезнью, Z3 — число заболеваний в год мочекаменной болезнью. Коэффициенты в уравнениях регрессий найдем, используя данные табл. 1:

Z1 = 132,698 + 17,7084.,, (5)

Z2 = 7,748 + 0,9754., (6)

Z3 = 5,208 + 0,5354. . (7)

Таким образом, если известна жесткость воды Х, то можно вычислить по уравнению (3) и, подставив это вычисленное значение в уравнения (5), (6), (7), определить (спрогнозировать) число заболеваний в год сахарным диабетом желчекаменной болезнью Z2, мочекаменной болезнью Z3.

Литература

1. Folk R.L. SEM imaging of bacteria and nannobacteria in carbonate sediments and rocks / R.L. Folk // J. Sediment. Petrol. 63. - 1993. - P. 990-999.

2. Folk R. Nanobacteda / R. Folk // J. The Univensity of Texas at Austin USA. - 1998. -Vol. 8.

3. Kajander О. Nanobacteria / О. Kajander // Proc. Nat. Acad. Sa USA. - 1998. -P. 8270-8274.

4. Ciftcioglu N.. Interaction of nanobacteria with cultured mammalian cells / N. Ciftcioglu, E.G. Kajander // Pathophysiology. - 1998. - 4. - P. 259-270.

5. Kajander Е.О. Nanobacteria: an alternative mechanism for pathogenic infra- and extracellular calcification and stone formation / Е.О. Kajander, N. Ciftjjglu // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1998 (in press).

6. Биоминерализация в организме человека и животных / В. Т. Волков [и др.]. - Томск : Тандем-Арт, 2004. - 498 с.

7. Смирнов Г.В. Нанобактерия — опасный экологический фактор / Г.В. Смирнов, Д.Г. Смирнов // Сб. материалов 6-й Всеросс. науч.-практ. конф. «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности». - Томск : [б.и.], 2004. - С. 43-46.

8. Башкатов Д.Н. Планирование эксперимента в разведочном бурении / Д.Н. Башка-тов. - М. : Недра, 1985. - 181 с.

9. Волкотруб Л.П. Питьевая вода Томска. Гигиенический аспект / Л.П. Волкотруб, И.М. Егоров. - Томск : НТЛ, 2003. - 196 с.

Смирнов Геннадий Васильевич

Д-р техн. наук, акад. МАНЭБ, проф., декан радиоконструкторского факультета,

зав. каф. радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга ТУСУРа,

директор НИИ ЭТОМСС при ТУСУРе

Телефон: (3822) 50 79 12

Факс: (3822) 52 80 52

Эл. почта: [email protected]

Смирнов Дмитрий Геннадьевич

Аспирант каф. радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга ТУСУРа

Телефон: (3822) 50 79 12

Факс: (3822) 52 80 52

Эл. почта: [email protected]

G.V. Smirnov, D.G. Smirnov

Ecology-medical aspect of a problem nanobacteria

In clause results of the researches received by means of electronic microscopy and X-ray phase analysis of the analysis of mineral formations in water, in bodies of the person and animals are resulted at caries, cholelithic and nephrolithiasis. It is shown, that the most probable reason of these diseases are nanobacteria, covered the stone environment, being in potable water. It is lead correlation and regression the analysis of statistical given these diseases and rigidity of water.