Изменение активности каталазы бактерий при электромагнитном излучении на частоте молекулярного спектра поглощения и излучения атмосферного кислорода Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 579.8:577.151.03/.04:546.21]:615.849.11:616-093/-098(045)

ИЗМЕНЕНИЕ АКТИВНОСТИ КАТАЛАЗЫ БАКТЕРИЙ ПРИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ИЗЛУЧЕНИИ НА ЧАСТОТЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ И ИЗЛУЧЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО КИСЛОРОДА

© Пронина Е.А., Шуб Г.М., Швиденко И.Г. Кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии Саратовского государственного медицинского университета, Саратов

E-mail: meduniv@sgmu.ru

Описана динамика изменения уровня активности каталазы золотистых стафилококков, кишечной и синегнойной палочек при электромагнитном излучении (ЭМИ) на частоте молекулярного спектра поглощения и излучения атмосферного кислорода. Выявлено повышение активности фермента у изученных штаммов, наиболее выраженное при 45-минутной экспозиции.

Ключевые слова: каталаза, электромагнитное излучение, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa.

CHANGING THE BACTERIA CATALASE ACTIVITY EXPOSED BY ELECTRO-MAGNETIC RADIATION ON THE FREQUENCY OF MOLECULAR SPECTRUM OF ATMOSPHERIC OXYGEN

ABSORPTION AND RADIATION Pronina E.A., Shub G.M., Shvidenko I.G.

Microbiology, Virology & Immunology Department of the Saratov State Medical University, Saratov The dynamics of changing the degree of catalase activity in Staphylococcus аureus, Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa exposed by electro-magnetic radiation on a frequency of molecular spectrum of atmospheric oxygen absorption and radiation has been described. The growth of activity of the mentioned enzyme of the strains in question was detected. The most significant changes were observed in 45-minute exposure.

Keywords: catalase, electro-magnetic radiation, Escherichia coli, Staphylococcus аureus, Pseudomonas aeruginosa.

Действие электромагнитного излучения миллиметрового диапазона крайне высоких частот низкой интенсивности (ЭМИ КВЧ) активно изучается в последние годы на различных биологических объектах (от бактерий до тканей и органов человека) [3, 7, 10].

Фундаментальной основой функционирования сложных биологических систем являются молекулы-метаболиты, стабильные и строго воспроизводимые молекулярные структуры биосреды. Поэтому детерминированное управление их реакционной способности излучением, совпадающим со спектрами их излучения и поглощения, может направленно регулировать процесс метаболизма в биосреде. Анализ биомедицинских эффектов элекромагнитного излучения (ЭМИ) на частотах молекулярных спектров атмосферных газов-метаболитов (NO, ТО, O2, СО2) показывает прямую связь спектров заданного метаболита и его активности в биосреде [1].

При облучении молекул энергия КВЧ (крайне высокой частоты) излучения расходуется на переходы молекул из одного энергетического состояния в другое. При используемых в медико-биологической практике уровнях мощности КВЧ-излучения экзогенное воздействие ЭМИ КВЧ приводит к изменению вращательной составляющей полной энергии молекул. При совпадении частоты проводимого облучения с частотой вращения полярных молекул возможна перекачка энергии излучения молекуле, сопровождающаяся увеличением ее вращательной кинетической энергии, что влияет на ее реакционную способность [5].

Известно, что вращательные молекулярные спектры резонансного поглощения и излучения молекул важнейших клеточных метаболитов (N0, СО, Ог, СОг) находятся именно в КВЧ диапазоне [1].

Создание генераторов, работающих на частоте спектров поглощения и излучения био-

логически активных молекул NO, CO, O2, СО2, открывает новые направления в практическом использовании элетромагнитных волн.

Важнейшим регулятором биологических процессов в клетках является кислород в его реактивных формах (РФК). Именно РФК рассматривается как одна из систем внутриклеточных и межклеточных мессенджеров. Известно, что при облучении на указанных выше частотах из кислорода образуются его реактивные формы. Можно полагать, что при использовании частот МСПИ кислорода эти процессы будут активизироваться.

Во внешней среде микроорганизмы постоянно подвергаются действию различных неблагоприятных факторов. Главным орудием макроорганизма против бактерий является окислительный или респираторный взрыв.

Утилизация супероксид-аниона и перекиси водорода, образующихся при фагоцитозе, реализуется бактериями, главным образом посредством ферментов защиты [3, 9]. Одним из таких ферментов является каталаза.

Каталаза - широко распространенный фермент, она находится почти во всех аэробных и факультативно-анаэробных бактериях. Функция каталазы заключается в защите организма от активных кислородсодержащих радикалов и пероксида водорода.

В связи с этим нами было проведено облучении бактерий ЭМИ КВЧ диапазона с частотами, соответствующими вращательным молекулярным спектрам поглощения и излучения атмосферного кислорода [5].

Ранее нами были опубликованны данные о повышении скорости роста кишечной палочки под воздействием ЭМИ на частоте молекулярного спектра поглощения и излучения атмосферного кислорода [9].

Цель работы - изучить влияние ЭМИ на частоте молекулярного спектра поглощения и излучения (МСПИ) атмосферного кислорода (129 ГГц) на каталазную активность бактерий.

Исследования по влиянию электромагнитного излучения на МСПИ атмосферного кислорода на ферменты бактерий проводятся впервые.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе использован генератор O2 и панорамно-спектрометрический комплекс с квазиоптическим трактом, в котором возбуждались электромагнитные КВЧ колебания, имитирующие структуру молекулярного спектра поглощения и излучения атмосферного кислорода (МСПИ), разработанный в ОАО ЦНИИИА [8].

Точное значение заданной частоты определяли в соответствии с международной базой данных молекулярных спектров высокого разрешения HITRAN (созданной с участием космического агентства (NASA)), с учетом поправок на атмосферное давление и температуру окружающей среды [2].

Объектом исследования были эталонные штаммы Escherichia coli АТСС 25922 (К-12), Staphylococcus aureus АТСС 6538-Р, Pseudomonas aeruginosa АТСС 27853 и по 5 клинических штаммов каждого вида.

Суточные культуры испытуемых микроорганизмов, выращенные на мясо-пептонном агаре, смывали 0,14М NaCl. Концентрацию клеток по оптическому стандарту мутности доводили до 109 микробных тел в 1 мл. По 1,5 мл этой взвеси вносили в пробирки типа "Эппендорф" и подвергали воздействию ЭМИ на частоте МСПИ O2 (129 ГГц) в течение 10, 30, 45 и 60 минут. Контролем служили необлученные культуры.

Активность каталазы определяли колориметрическим методом [4]. Принцип метода основан на способности перекиси водорода образовывать с солями молибдена стойкий окрашенный комплекс. Интенсивность окраски в каждой пробе измеряли на спектрофотометр СФ-46 (ЛОМО, Россия) при длине волны 410 нм против контрольной пробы.

Активность каталазы рассчитывали по формуле:

Е = (А хол - А оп)*^К,

где Е - активность каталазы (мкат/мл);

А хол и А оп - экстинкция холостой и опытной проб;

V - объем вносимой пробы (0,1 мл);

t - время инкубации (600 сек);

К - коэффициент миллимолярной экс-тинкции Н2О2 (22,2*103 мМ-1*см-1).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Из представленных данных (табл. 1) видно, что уровень каталазы при облучении ЭМИ на частоте излучения и поглощения молекулярного кислорода в течение 30 минут

Таблица 1

Динамика изменения активности каталазы при разном времени воздействия ЭМИ МСПИ атмосферного кислорода на различные виды бактерий

10 мин 30 мин 45 мин 60 мин Контроль

Музейные штаммы

Escherichia coli АТСС 25922 15,82±0,66 16,29±0,71 * 20,3±1,71 * 17,19±1,1 15,41±0,57

Процент к контролю 3% 6% 32% 12%

Клинические штаммы

Среднее значение 12,88±0,49 13,79±0,52 * 16,17±0,64 14,29±0,56 12,71±0,96

Процент к контролю 1% 8% 21% 12%

Музейные штаммы

Staphylococcus aureus 6538-Р 23,88±1,36 25,61±1,54 * 28,4±,51 * 26,23±2,07 23,51±1,11

Процент к контролю 2% 9% 21% 12%

Клинические штаммы

Среднее значение 24,54±1,93 25,36±1,81 * 31,13±3,16 * 27,83±2,61 24,18±1,64

Процент к контролю 1% 5% 29% 15%

Музейные штаммы

Pseudomonas aeruginosa ATCC 21853 5,55±0,47 5,69±0,41 6,33±0,53 5,98±0,45 5,41±0,69

Процент к контролю 3% 5% 11% 11%

Клинические штаммы

Среднее значения * 6,17±0,44 6,57±0,61 * 8,16±0,49 * 6,92±0,44 5,34±0,59

Процент к контролю 16% 13% 33% 13%

Примечание: * - p<0,05.

За единицу активности каталазы принимают то количество фермента, которое участвует в превращении 1 мкат перекиси водорода за 1 секунду при заданных условиях.

Статистическую обработку результатов проводили с применением стандартных методов вариационной статистики [6].