CC BY
22
УДК 597-1.05(262.54)
ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МИКРОСОМАЛЬНОЙ ГИДРОКСИЛИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ПЕЧЕНИ У НЕКОТОРЫХ РЫБ АЗОВСКОГО МОРЯ
© 2010 г. О.Ш. Карапетьян
Южный федеральный университет, Southern Federal University,
ул. Б. Садовая, 105/42, г. Ростов н/Д, 344006, B. Sadovaya St., 105/42, Rostov-on-Don, 344006,
decanat@bio. sfedu.ru decanat@bio. sfedu.ru
Приводятся материалы исследований 2005—2006 гг. содержания микросомальных цитохромов в печени рыб Азовского моря. Установлена зависимость уровня цитохромов от степени загрязнения места обитания, физиологического состояния вида, типа питания и положения в трофической цепи. Показано, что наибольший пресс загрязнения испытывают рыбы в период нереста, а также рыбы-детритофаги и хищники.
Ключевые слова: микросомальная гидроксилирующая система, цитохромы, ксенобиотики, рыбы, биоаккумуляция.
Data on contents of microsomal cytochromes in a liver offish from Azov sea during 2005—2006 are presented. It is revealed that the level of cytochromes in liver is determined by impurity of a habitat, physiological condition of an organism, food type and by position in a food chain. It is found that the fishes in spawning, detritus-consuming fishes and fishes- predators are exposed a greatest press ofpollution.
Keywords: microsomal oxidizing system, cytochromes, xenobiotics, fishes, bioaccumulation.
При мониторинге водных экосистем индивидуальный анализ химических компонентов в окружающей среде, и особенно в тканях животных и растений, необходим, однако не всегда возможен. Во-первых, часто не известен даже класс химических соединений, которые нужно контролировать, а во-вторых, действующие концентрации некоторых ксенобиотиков столь малы, что для химико-аналитического контроля не всегда достаточно даже специальных высокочувствительных и дорогостоящих методов анализа.
В настоящее время в экологическом мониторинге водоемов все большее значение приобретает биоиндикационный подход, в основе которого лежит поиск изменений биологических функций гидробионтов под воздействием всего комплекса присутствующих в биотопе компонентов хронического загрязнения [1, 2].
О степени загрязнения среды можно судить по содержанию и активности компонентов микросомаль-ной гидроксилирующей системы (МГС) печени, содержащей цитохромы Р-450 и Ь5, так как активность МГС играет жизненно важную роль для оценки степени риска повреждающих эффектов [3].
Цель исследования - определение содержания у некоторых видов рыб в различных районах Азовского моря основных цитохромов микросом печени - Р-450, его инактивированной формы Р-420 и вспомогательного белка МГС - цитохрома b5.
Материалы и методы исследования
Работа выполнялась на базе ФГУП «Азовский НИИ рыбного хозяйства», г. Ростов н/Д. Объектом исследований служили донные рыбы Азовского моря: бычки, песочник Neogobius fluviatilis, сирман N. syrman, кругляк N. melanostomus, судак Sander lucioperca, осетр Acipenser gueldenstaedtii, пиленгас Liza haemato-cheilus. Рыб отлавливали в прибрежной и морской частях Азовского моря в течение 2005, 2006 гг. Образцы ткани печени рыб извлекали при вскрытии и замораживали в жидком азоте при -196 °С в сосуде Дьюара. В лабораторных условиях образцы хранили в морозильной камере при -38 °С. Выборки рыб из каждой точки отбора составили от 2 до 73 экз. Содержание основных микросомальных цитохромов (МЦ) было проанализировано у 339 экз. рыб.
Содержание цитохромов в субклеточной фракции микросом печени рыб определяли по методу Omura и Sato [4], содержание белка - методом Bradford [5].
Результаты исследований
При интерпретации полученных в процессе исследования результатов в качестве условной нормы (ре-перного чистого района) нами приняты величины содержания цитохромов, полученные при исследовании рыб в оз. Байкал [6] - одном из наиболее чистых водоемов мира. Поэтому обнаружение относительно низких концентраций цитохрома Р-450 в микросомах печени рыб, выловленных в разных его районах, с одной стороны, является следствием исключительно низкого содержания в воде озера индукторов системы детоксикации, а с другой - позволяет считать выявленный уровень развития системы оксигеназ со смешанной функцией конститутивным, используемым главным образом для метаболизма эндогенных субстратов. Исходя из этих данных, все значения, входящие в диапазон от 0,1 до 0,8 нмоль/мг белка микро-сом, мы принимали за условную норму [6].
Результаты исследования показали, что факторы окружающей среды и физиологическое состояние вида могут оказывать значительное влияние на содержание в печени рыб МЦ.
Использование бычков в качестве видов-индикаторов показывает, что содержание МЦ более высокое в прибрежных частях Азовского моря, а также в Бейсугском лимане, и ниже - в центральной и южной частях (рис. 1), что указывает на прибрежные районы как основные источники поступления загрязняющих веществ в акваторию моря и на большую подверженность местных популяций бычков влиянию загрязнения. Лиманные водоемы характеризуются меньшей скоростью водообмена, что создает наилучшие условия для персистирования ксенобиотиков.
Юго-восточое побережье
Лиман Бейсуг
I В5, нмоль/мг белка
1 Р450+Р420, нмоль/мг белка
Рис. 1. Содержание микросомальных цитохромов в печени бычков в различных районах Азовского моря в 2005 г.
Высокая внутривидовая вариабельность содержания МЦ и зависимость его уровня от состава пищи и физиологического состояния отчетливо прослеживается у видов-эврифагов на примере пиленгаса (рис. 2).
Азовское море Керченский пролив оз. Ханское Черное море
В В5, нмоль/мг белка 0 Р450+Р420, нмоль/мг белка Место отлова
Рис. 2. Содержание микросомальных цитохромов в печени пиленгаса в 2005 г.
У особей пиленгаса, взятых из Азовского и Черного морей, средние показатели уровня МЦ выходят за пределы нормальных значений (0,1-0,8 нмоль/мг белка микросом). Такие значительные величины могут быть обусловлены типом питания и физиологическим состоянием в период отлова. Пиленгас - типичный детритофаг [7], а в детрите, по данным химического анализа, концентрация загрязняющих веществ выше, чем в воде. Кроме того, важной особенностью биологии пиленгаса Азово-Черноморского бассейна является ежегодная массовая миграция части его производителей через Керченский пролив в Черное море. У экземпляров, взятых из Азовского моря, средние показатели уровня МЦ выходят за пределы нормы и превышают значения этих же показателей в печени рыб, отловленных в Черном море. Наиболее высокие количества цитохромов обнаружены в печени рыб из Керченского пролива. Такие вариации измеряемых величин связаны именно с процессом нерестовой миграции и особенностями изменения режима питания. В Азовском море пиленгас интенсивно питается и накапливает жир перед нерестом. Так как большая часть наиболее токсичных ксенобиотиков обладает липо-фильными свойствами, в данный период происходит их накопление в жировой ткани. Таким образом, часть поступающих с пищей загрязняющих веществ сразу подвергается биотрансформации, а другая откладывается в организме рыбы. При нерестовой миграции пиленгас перестает питаться. При этом происходит активное расходование жировых запасов. Биоаккумуляция может лежать в основе не только хронических, но и отсроченных острых токсических эффектов. Так, быстрая потеря жира, в котором накоплено большое количество токсиканта, приводит к его выходу в кровь. Мобилизация жировой ткани у животных нередко отмечается в период размножения [8]. Следовательно, в это время печень наиболее сильным образом подвергается действию ксенобиотиков, которые высвобождаются по мере расщепления жира.
Эффекты биомагнификации персистентных ксено-биотков очень четко прослеживаются на разных трофических уровнях в сообществе рыб Азовского моря. Особенно сильно страдают виды, находящиеся на
4
верхних уровнях пищевой цепи, а именно хищники, так как существенная часть загрязняющих веществ передаётся вдоль трофической цепи, что и приводит к биомагнификации [2].
На рис. 3 показано содержание МЦ в печени разных видов рыб в 2006 г. Максимальное содержание цитохрома Ь5 обнаруживается у пиленгаса в сравнении с его содержанием у осетра (р<0,05), судака и бычков, цитохрома Р-450 - у пиленгаса в сравнении с его содержанием у осетра (р<0,001), судака (р>0,01) и бычков (р>0,01).
7
м о о о 1
CP к и м
ка л е б
м/ /ьл о 1 1 1 И -im L 1
мн т 1 1 1 1 ■ | ■
Мм 1 as 1 ■ 1 ■
Пиленгас Бычки Осетр Суда
Название вида
I_I В5, нмоль/мг белка □ Р450+Р420, нмоль/мг белка
Рис. 3. Содержание микросомальных цитохромов в печени рыб Азовского моря в 2006 г.
Ранее на примере пиленгаса было показано, что положение вида в трофической цепи и физиологическое состояние особей ключевым образом влияют на степень индукции МЦ и определяют уровень их содержания в печени. Такая зависимость четко прослеживается и при сравнении уровня содержания МЦ у разных видов рыб Азовского моря.
Высокие значения содержания МЦ у пиленгаса связаны с особенностями его питания: он является детритофагом. На примере судака, который является хищником и располагается на верхних уровнях трофической цепи, можно наблюдать явление биомагни-фикации. Вероятно, именно этим явлением и обусловлены столь высокие показатели содержания ци-тохрома Р-450 в печени судака.
При анализе результатов обнаружена тенденция к росту содержания микросомальных цитохромов с увеличением массы тела рыбы. Особенно ярко она прослеживалась у осетровых рыб. По нашим предположениям первопричиной такой тенденции мог служить либо изменяющийся гормональный фон, т.е. увеличение концентрации стероидных гормонов -основных эндогенных индукторов МГС, либо действие загрязняющих веществ. Для точного определения первопричины проведен корреляционный анализ между значениями массы тела и величинами уровня ци-
Поступила в редакцию_
тохромов у ювенильных особей, имеющих минимальную концентрацию стероидных гормонов в организме. Анализ выявил наличие положительной корреляции. Следовательно, увеличение содержания цитохромов микросомальной гидроксилирующей системы с возрастанием массы тела у осетровых рыб обусловлено как кумуляцией загрязняющих веществ, так и изменением гормонального фона в процессе роста и развития.
Таким образом, у большей части рыб, исследованных в 2005, 2006 гг., значения МЦ выходят за диапазон принятой нормы (0,1-0,8 нмоль/мг белка микро-сом). На основании полученных результатов можно заключить, что рыбы, обитающие в Азовском море, испытывают значительное интоксикационное давление со стороны окружающей среды. Результаты исследований не позволяют выделить один ведущий фактор, влияющий на содержание МЦ. Исследования показывают, что степень индукции МГС печени рыб определяется не только уровнем загрязнения места обитания популяции, но и в значительной степени зависит от физиологического состояния вида в период отлова, типа питания и положения в трофической цепи. В наиболее сильной степени страдают виды, располагающиеся на верхних уровнях трофической цепи, рыбы-детритофаги, а также популяции рыб в период преднерестового голодания.
Литература
1. Дудкин С.И. Система биомониторинга состояния популяций рыб в связи с оценкой влияния антропогенного загрязнения Азовского моря // Новые технологии в защите биоразнообразия в водных экосистемах : материалы между-нар. конф. 27-29 мая 2002 г. М., 2002. С. 105.
2. Исидоров В.А. Введение в курс химической экоток-сикологии.. СПб., 1997. 88 с.
3. Tuvikene A. Responses of fish to polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) // Ann. zool. fenn. 1995. Vol. 32, № 3. P. 295-309.
4. Omura A.T., Sato R. The carbon monoxide binding pigment of liver microsomes. Solubulization, purification and properties // J. Biol. Chem. 1964. Vol. 239, № 7. P. 2379-2385.
5. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem. 1976. Vol. 72. P. 248-254.
6. Тест-системы для биомониторинга на основе мем-бранно-связанных ферментных комплексов. Индукция мо-нооксигеназ со смешанной функцией в микросомах печени байкальских рыб. Л.И. Степанова [и др.] // Биологические науки. 1985. № 9. С. 27-32.
7. Расса Т.С. Жизнь животных. М., 1971. Т. 4, ч. 1. 709 с.
8. Куценко С.А. Основы токсикологии // Биомедицинский журнал Medline.ru: сетевой журн. 2002. URL: http://www.medline.ru/public/monografy/toxicology/#contents1p (дата обращения: 29.06.2009).
7 декабря 2009 г.
