CC BY
6
4. Гершунский Б. С. Менталитет и образование. — М., 1996.
5. Демчева Н. К. // Журн. невропатол. и психиатр. — 2006. - Т. 106, № 6. - С. 58-61.
6. Дмитриева Т. Б., Положий Б. С. // Обозр. психиатр, и мед. психол. — 1994. — № 2. — С. 39-49.
7. Дмитриева Т. Б., Положий Б. С. Этнокультуральная психиатрия. — М., 2003.
8. Ефименко С. А. // Пробл. соц. гиг., здравоохр. и истории мед. - 2007. - № 1. - С. 8-14.
9. Казаковцев Б. А. // Рос. психиатр, журн. — 2001. — № 1. - С. 57-61.
10. Лисицын Ю. П. Социальная гигиена и организация здравоохранения. Проблемные лекции: Учебное пособие. - М., 1992.
11. Лисицын Ю. П. // Экономика здравоохр. — 2001. — № 2. - С. 32-37.
12. Лосский Н. О. Условия абсолютного добра: Основы этики; Характер русского народа. — М., 1991.
13. Ментальность россиян (Специфика сознания больших групп населения России) / Под ред. И. Г. Ду-бова. - М„ 1997.
14. Московичи С. Век толп: Исторический трактат по психологии масс. — М., 1996.
15. Оборина Д. В. // Вестн. Моск. ун-та. Серия 14. Психология. - 1994. - № 2. — С. 41-49.
16. От качественной диспансеризации к государственной системе охраны и укрепления здоровья населения России // Аналитический вестн. Совета Федерации ФС РФ. - 2006. - № 1 (289).
17. Рубцов А. В. // Экономика здравоохр. — 2005. — № 1. - С. 16-21.
18. Руководство по социальной психиатрии / Под ред. Т. Б. Дмитриевой. - М., 2001.
19. Семке В. Я. Превентивная психиатрия. — Томск, 1999.
20. Чуркин А. А., Касимова Л. Н. Ц Рос. психиатр, журн. - 2000. - № 3. - С. 14-21.
Поступила 18.11.0«
С Н. И. ШЕИНА, Н. И. ИВАНОВ. 2010 УДК 613.6:579.66
Н. И. Шеина, Н. И. Иванов
ИССЛЕДОВАНИЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ШТАММОВ МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ ИХ ГИГИЕНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ
ГОУ ВПО Российский государственный медицинский университет Росздрава, Москва
На основе анализа полученных результатов и данных информационного банка по гигиеническому нормированию промышленных микроорганизмов усовершенствована программа научных исследований производственных штаммов при обосновании их безопасных уровней воздействия в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе. Для грамположительных бактерий и нокардиоформных актиномицетов (Lactobacillus, Micrococcus, Propion-ibacterim, Brevibacterim, Rhodococcus), не обладающих неблагоприятным действием, предложено проводить исследования по укороченной программе.
Для грамнегативных бактерий и микромицетов (Pseudomonas, Alcaligenes, Acineiobacter, Arthrobacler, Aspergillus, Penicillium, Candida), обладающих выраженными иммунотропными и дисбиотическими свойствами, необходимо проводить исследование по полной программе, включая оценку всех наблюдаемых неблагоприятных эффектов. На основе этой группы составлен перечень приоритетных микроорганизмов, представляющих реальную опасность для здоровья работающих в плане развития аллергических заболеваний.
Ключевые слова: биотехнологические штаммы, гигиеническое нормирование, совершенствование программы исследования, таксономия микроорганизмов
N. I. Sheina, N. I. Ivanov. - INVESTIGATION OF BIOTECHNOLOGICAL STRAINS OF MICROORGANISMS FOR THEIR HYGIENIC STANDARDIZATION
By analyzing the findings and databases on the hygienic standardization of industrial microorganisms, the authors have improved a research program for industrial strains on substantiating their safe exposure levels in workplace and ambient airs.
A shortened program is proposed to in vestigate gram -positive bacteria and nocardioformic actinomycetes (Lactobacillus, Micrococcus, Propionibacterim, Brevibacterim, Rhodococcus), which have no negative effect. It is necessary to study gram-negative bacteria and micromycetes (Pseudomonas, Alcaligenes, Acineiobacter, Arthro-bacter, Aspergillus, Penicillum, Candida), which have pronounced immunotropic and dysbiotic properties by the full program, by including the evaluation of all observed negative effects. On the basis of this group, the priority microorganisms that confer a real danger to workers' health in developing allergic diseases have been listed.
Key words: biotechnological strains, hygienic standardization, study program improvement, taxonomy of microorganisms
Биотехнология является перспективным направлением развития промышленного производства XXI века, способным обеспечить население продукцией медицинского, пищевого, химического, сельскохозяйственного, экологического назначения и др. Достижения генной инженерии и молекулярной биологии способствуют расширению ассортимента штаммов, используемых в про-
Шеина Наталья Ивановна — вед. науч. сотр. лаб. экологии и токсикологии (117997, Москва, ул. Островитянова, д. 1); Иванов Н. Г. — д-р мед. наук, проф., зав. лаб. экологии и токсикологии
мышпенности. Однако вероятность негативного воздействия возрастающего техногенного биологического загрязнения на состояние здоровья работников и населения обусловливает необходимость решения вопросов совершенствования теоретических и методологических основ гигиенического нормирования, в том числе совершенствования программы исследования промышленных микроорганизмов, широко используемых в биотехнологической промышленности.
В 1980—2000 гг. по мере накопления экспериментального материала по оценке характера вредного действия промышленных микроорганизмов и микробиологических препаратов на их основе были сформулированы ос-
гиена и санитария 2/2010
новные этапы и схема проведения исследований по гигиеническому нормированию микроорганизмов аналогично гигиеническому нормированию химических веществ [4, 6]. Вместе с тем не были учтены особенности характера действия промышленных микроорганизмов и оценка соотношения основных эффектов (патогенные свойства, общетоксический, иммунотропный и сенсибилизирующий, дисбиотический эффекты) в зависимости от таксономической принадлежности биотехнологических штаммов.
Целью работы явилось усовершенствование программы исследований по гигиеническому нормированию микроорганизмов на основе соотношения и выраженности неблагоприятных эффектов биологических штаммов, принадлежащих к различным таксономическим группам.
Материалы и методы
Основой совершенствования программы исследований микроорганизмов для их гигиенического нормирования служили результаты собственных работ по оценке характера действия биотехнологических штаммов на организм (табл. !).
В эксперименте изучили патогенность (вирулентность, токсигенность, пороговая доза, диссеминация в кровь и внутренние органы) при однократном введении высоких доз производственных микроорганизмов [2].
Общетоксическое действие (динамика массы тела, анализ состава периферической крови, показатели функционального состояния нервной системы, почек, печени), иммунотропные свойства (показатели клеточного звена иммунной системы, антигенность, иммуномодули-
рующий и сенсибилизирующий эффекты) и дисбиотический эффект (количественная и качественная характеристика аутофлоры кишечника) исследовали при длительном (1 мес) ингаляционном и энтеральном введении производственных штаммов различных таксономических групп: бактерий, актиномицетов, плесневых и дрожжеподобных грибов |1, 7, 9].
Также проанализировали материалы по экспериментальному обоснованию ПДК микроорганизмов в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населенных мест и создали информационный банк данных по гигиеническому нормированию штаммов-продуцентов и микробиологических препаратов на их основе. В настоящее время существует около 200 законодательно утвержденных гигиенических нормативов (ПДК) штаммов-проду-центов в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населенных мест [3].
Результаты и обсуждение
Как показали проведенные исследования, основными неблагоприятными эффектами промышленных микроорганизмов являются иммунотропный, включая сенсибилизирующий эффект и оценку клеточного звена иммунной системы, а также изменение микроэкологии кишечника. Проявление этих эффектов зависит от таксономической характеристики штамма. Выраженность наблюдаемых эффектов зависит от воздействующей концентрации и пути поступления в организм (интраназаль-ный, энтеральный) (8, 11, 12].
Было показано, что грамположительные бактерии, относящиеся к родам Lactobacillus, Micrococcus, Propionibacterium, Brevibacterium и нокардиоформные актино-
Таблица I
Промышленное назначение и использование новых биотехнологических штаммов микроорганизмов, изученных в работе
Штамм
Использование в промышленности
Eatcmepuu
Alcaligenes denitrificans hit. C-32 Pseudomonas caryophylii hit. KM 92-102/1 Lactobacillus casei uit. 5-1/8 Lactobacillus plantarum urr. 435 Micrococcus varions uit. 80 Bacillus subtilis urr. 103 Bacillus subtilis urr. 72 Bacillus subtilis uit. 65 Bacillus licheniformis uit. 1001 Bacillus licheniformis ujt. 60
Bacillus licheniformis ujt. 103
AtcmuHOMUuembt Streptomyces aureofaciens uit. Ill Streptomyces avermitilis 3NN Streptomyces fradiae urr. BC-1 Rhdococcus corallinus sp. Rhodococcus erythropolis urr. KU
MuKpoMuuembt Aspergillus terreus urr. 44-62 Aspergillus awamori urr. 120/177 Aspergillus awamori Nakazawa uit. BYfl T-2 1000-Y Pénicillium funiculosum ujt. BKM F3668D Pénicillium funiculosum uit. F-149 Pénicillium canescens ujt. PhPI33 BKM F3867D Candida tropicalis urr. Y-456 Trichoderma longibrachiatum uit. TW-1 Trichoderma reesei uit. 18.2-KK Trichoderma viride uit. 44-11-62/3
Продуцент нитрилазы Деструктор стирола
Компонент препарата для производства мясных продуктов То же
Продуцент нейтральной протеазы Продуцент щелочной протеазы Продуцент нейтральной протеиназы и амилазы Продуцент бацитрацина
Продуцент комплекса термостабильных амилолитических и протеолитических ферментов
Продуцент а-амилазы
Продуцент препарата биовит и хлортетрациклина Продуцент авермектина Продуцент тилозина
Компонент очистки выбросов табачной промышленности Компонент биоочистки нефтяных загрязнений
Продуцент ловастатина Продуцент глкжоамилазы
Продуцент комплекса карбогидраз
Продуцент декстраназы
Продуцент пектинлиазы и фитазы
Продуцент ксилита
Продуцент р-глюканазы
Продуцент целловиридина Г20Х
Продуцент комплекса целлюлолитических ферментов
Таблица 2
Характеристика иммунотропной и сенсибилизирующей активности промышленных микроорганизмов при ингаляционном воздействии (М ± га)
Отношение Т/В=2,3652-0,3042 -х
Концентрация, кл/м5 Т-лимфоциты, % В-лимф 5ЦИТЫ, Эозинофилы периферической крови, %
R. erythropolis.
контроль 44,2 ± 1,5 17,8 ± 1,5 2,5 ± 0,6
5-10' 39,6 ± 2,3 20,2 ± 1,4 2,6 ± 0,4
В. subtilis 103:
контроль 46,5 ± 0,9 16,8 ± 1,0 1,7 ± 0,2
6-104 44,2 ± 1,4 17,2 ± 1,2 2,0 ± 0,4
6- I05 42,8 ± 1,7 17,6 ± 1,5 2,3 ± 0,5
В. iicheniformis 60:
контроль 44,0 ± 1,1 21,8 ± 0,9 2,6 ± 0,5
5 • 104 45,5 ± 1,5 20,4 ± 1,0 4,6 ± 0,7
5 • 105 39,1 ± 1,0* 25,4 ± 1,7 5,5 ± 1,1*
Р. caryophylii:
контроль 43,9 ± 2,0 18,4 ± 2,3 3,4 ± 0,8
7-103 40,5 ± 2,1 18,9 ± 2,1 4,8 ± 1,5
7-104 33,2 ± 1,9** 22,5 ± 1,7* 6,4 ± 1,0*
Р. canescens:
контроль 41,6 ± 0,8 21,1 ± 0,8 3,4 ± 0,3
2-10э 39,8 ± 0,4 22,2 ± 1,8 4,2 ± 0,8
2-104 36,3 ± 1,2* 27,0 ± 1,4* 7,2 ± 1,2**
А. awamori:
контроль 43,5 ± 2,3 21,0 ± 1,1 2,6 ± 0,4
1,2- 104 32,2 ± 1,7** 24,6 ± 0,9 4,9 ± 0,8*
1,2- 105 29,6 ± 3,5** 30,4 ± 1,4** 4,4 ± 0,5*
С. tropicalis:
контроль 42,2 ± 2,6 19,5 ± 1,6 3,8 ± 0,8
3-103 38,7 ± 1,7 25,5 ± 1,7* 8,3 ± 1,1**
3-104 35,5 ± 1,7 31,3 ± 2,1** 10,0 ± 1,5**
Примечание. *— р < 0,05, ** - р < 0,01.
мицеты (Rhodococcus) не обладают иммунотропными и дисбиотическими свойствами при воздействии даже высоких концентраций: 106, 10\ 108 кл/м3 (табл. 2).
Другие микроорганизмы, относящиеся к грамполо-жительным бактериям (Bacillus), актиномицетам (Strep-tomyces, Actinomyces) и микромицетам рода Trichoderma, оказывают слабое иммунотропное и дисбиотическое действие на организм в концентрации 104, 105, 106 кл/м3.
Наиболее выраженными иммунотропными и дисбиотическими свойствами обладают грамнегативные бактерии (Pseudomonas, Alcaligenes, Acinetobacter, Arthro-bacter), а также плесневые (Aspergillus, Pénicillium) и дрожжеподобные грибы (Candida).
При этом отмечено снижение Т-лимфоцитов и увеличение B-лимфоцитов, а также существенное изменение баланса Т- и B-лимфоцитов периферической крови. Величина показателя Т/В при воздействии A. awamori в концентрации 105 кл/м3 снижена до 0,97 (в контроле 2,1). При воздействии дрожжеподобного гриба Candida в концентрации 3- 10" кл/м3 отмечено снижение коэффициентов массы иммунокомпетентных органов (тимус и селезенка). Показано развитие гиперчувствительности немедленного и замедленного типа у животных при воздействии грибов и грамотрицательных бактерий в концентрации 104 и 105 кл/м3 (см. табл. 2) [10, 14].
Минимальные изменения иммунного статуса и микроэкологии кишечника наблюдаются уже в концентрации 103 и 104 кл/м3 при ингаляционном воздействии и 105 кл/л при энтеральном введении этих микроорганизмов.
Отношение Т/В
4,0 и
3.5 ■
3,0 ■ ........
2.5 • 8 о
2,0 •
1.5 ■
1.0 ■
0,5 •
0,0 - ...г
1,0 1.2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 Показатель дегрануляции тучных клеток
Рис. 1. Связь показателя дегрануляции тучных клеток и отношения Т/В при ингаляционном воздействии промышленных микроорганизмов на минимально действующих (пороговых) уровнях в зависимости от таксономической принадлежности штаммов.
Регрессионный анализ наиболее информативных и гигиенически значимых показателей иммунотропной активности 26 биотехнологических штаммов, принадлежащих к различным таксонам, позволил выявить связь показателя дегрануляции тучных клеток и соотношения лимфоцитов Т/В, а также показателя дегрануляции тучных клеток и эозинофилии (см. рис. 1, 2). Проведенные расчеты показали, что коэффициенты регрессии составляют соответственно 0,44 и 0,65. Полученные уравнения, а также их коэффициенты достоверны по критерию Фишера, уровень значимости составляет 0,05 и 0,001 соответственно.
ПЭ
ПЭ=0,972+0,3677-х
ev
-|—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I
0,8 1,2 1.6 2.0 2.4 2,8 3.2 3,6 1,0 1.4 1.8 2.2 2.6 3.0 3.4 3.8
Показатель дегрануляции тучных клеток
Рис. 2. Связь показателя дегрануляции тучных клеток и показателя эозинофилии (ПЭ) при ингаляционном воздействии промышленных микроорганизмов на минимально действующих (пороговых) уровнях в зависимости от таксономической принадлежности штаммов.
^игиена и санитария 2/2010
Tlong Sfra 1 -¿ BL103 Aden Bs65 >AaNak Hun I BI1001 Pean Ater Ctrop ► Peary Reryth Bs72 Saver Rcor
2<
3<
Tvir Trees Mvar
--1 1—I
h
—»-h h h
1 1 1 1 1 • 1 • ' > 1 • •
0 1 2 3 4 5
Рис. 3. Дендрограмма для промышленных микроорганизмов, построенная по показателю дегрануляции пери-тонеальных тучных клеток.
По оси абсцисс — сходство, усл. сд., по оси ординат — сокращенное название штамма. 1—3 — группы микроорганизмов.
Кластерный анализ, широко используемый в микробиологии [5, 13), позволил сгруппировать и объединить изученные штаммы различных таксонов в зависимости от выделенных гигиенически значимых показателей: дегрануляции тучных клеток, баланса Т- и В-лимфоцитов и эозинофилии. Положение штаммов в трехмерном пространстве определяли индексом подобия Жаккара и евклидовым расстоянием, рассчитанными на основе экспериментальных данных.
Наиболее четкие группировки получили по показателю дегрануляции тучных клеток (рис. 3). Сходную денд-рограмму получили при использовании показателя эозинофилии.
На рис. 3 четко выявляются 3 группы микроорганизмов: 3-я группа представлена микроорганизмами, у которых не выражены сенсибилизирующие свойства, 1-я группа представлена микроорганизмами с выраженными сенсибилизирующими свойствами, к ней примыкает 2-я группа биотехнологических штаммов, у которой аллергенные свойства выражены в слабой степени.
На основе анализа результатов исследования (регрессионный и кластерный анализы) и данных информационного банка по гигиеническому нормированию промышленных микроорганизмов усовершенствовали программу проведения исследований по гигиеническому нормированию и оценке риска микроорганизмов, используемых в биотехнологической промышленности.
Для микроорганизмов (3-я группа — Lactobacillus, Micrococcus, Rhodococcus и др.), не проявляющих имму-нотропных и дисбиотических свойств, после оценки па-тогенности возможно установление групповых нормативов (для всего рода).
Производственные штаммы (2-я группа — Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Streptomyces, Trichodcrma), обладающие слабыми аллергенными свойствами, могут быть исследованы по укороченной программе: должны быть изучены патогенность, иммунотропная (в том числе сенсибилизирующая) активность.
Для биотехнологических штаммов (1-я группа — Pseudomonas, Alcaligenes, Pénicillium, Aspergillus, Candida), обладающих выраженными сенсибилизирующими свойствами, необходимо проведение токсиколого-гигие-
нических исследований по полной программе, включая изучение всех эффектов (патогенность, оценка клеточной защиты респираторного тракта, иммунотропный и сенсибилизирующий, а также дисбиотический эффекты).
Эти микроорганизмы составляют приоритетный перечень биотехнологических штаммов в плане контроля и оценки профессионального риска, которые представляют реальную аллергенную опасность для здоровья работников.
Таким образом, изучение характера действия микроорганизмов, используемых в биотехнологиях, и анализ данных информационного банка по гигиеническому нормированию штаммов-продуцентов позволили усовершенствовать схему проведения исследований по обоснованию безопасных уровней воздействия промышленных микроорганизмов. В ее основу положена зависимость проявления и выраженности вредных эффектов (иммунотропный, включая сенсибилизирующий, дисбиотический) от таксономической характеристики микроорганизмов. Разработан приоритетный список промышленных микроорганизмов.
Яитература
1. Методические указания по экспериментальному обоснованию ПДК микроорганизмов-продуцентов и содержащих их готовых форм препаратов в объектах производственной и окружающей среды. № 5789/1-91 от 11 июня 1991 г. - М., 1991. Пивоваров Ю. П., Мял и на Л. И., Королик В. В. Критерии оценки патогенных свойств штаммов-проду-центов, предлагаемых для использования в промышленности микробиологического синтеза: Метод. рекомендации. — М„ 1992. Предельно допустимые концентрации (ПДК) микроорганизмов-продуцентов, бактериальных препаратов и их компонентов в атмосферном воздухе и воздухе рабочей зоны: Сборник гиг. нормативов / Иванов Н. Г., Далин М. В., Сергеюк Н. П. и др. — М., 2007.
Рахманин Ю. А., Багдасарьян Г. А., Немыря В. И., Сергеюк И. П. // Гиг. и сан. - 2001. - № 1. -С. 12-15.
Рожков В. А. Почвенная информатика. — М., 1989. Сергеюк И. П. Научные основы оценки опасности и гигиенической регламентации промышленных микроорганизмов: Дис. ... д-ра мед. наук. — М, 2004. Трахтенберг И. М., Тимофеевская Л. А., Квятковекая И. Я. Методы изучения хронического действия химических и биологических загрязнителей / Под ред. И. М. Трахтенберга. — Рига, 1987. Шеина Н. И. // Материалы 4-го Всероссийского конгресса "Профессия и здоровье". Москва, 25—27 октября 2005. - С. 164-165.
Шеина Н. И., Буданова Е. В. // Токсикол. вестн. — 2005. - № 5. - С. 23-27.
Шеина Н. И., Скрябина Э. Г., Иванов Н. Г. // Токсикол. вестн. - 2005. - № 3. - С. 12-15. Шеина Н. И. // Вестн. РГМУ. - 2007. - № 3 (56). - С. 66-71.
Шеина Н. И. // Медицина труда и пром. экол. — 2007. -№ 11.-С. 21-26.
Jongman R. H. G., ter Braak С. J. F., van Tonregen О. F. R. Анализ данных в экологии сообществ и ландшафтов: Пер. с англ. — М., 1999. Skryabina Е. G., Sheina N. /. // Rus. J. Immunol. — 2004. - Vol. 9. - suppl. - P. 123.
Поступила 01.12.08
2.
3.
4.
5.
6.
8.
9.
10. 11. 12. 13.
14.
