CC BY
24Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 6. №3. 2020
https://www.bulletennauki.com DOI: 10.33619/2414-2948/52
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ/BIOLOGICAL SCIENCES
УДК 577.181.5:581.432:635.25/26 https://doi.org/10.33619/2414-2948/52/06
AGRIS F40
ОЦЕНКА ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ АМИНОГЛИКОЗИДНЫХ АНТИБИОТИКОВ НА ОБРАЗОВАТЕЛЬНУЮ ТКАНЬ КОРНЕЙ ЛУКА
©Концевая И. И., канд. биол. наук, Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины, г. Гомель, Беларусь, ikantsavaya@mail.ru ©Алексеенко О. Г., Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины, г. Гомель, Беларусь, alekseenkoolgagennadevna@gmail.com
EVALUATION OF THE TOXIC EFFECT OF AMINOGLYCOSIDE ANTIBIOTICS ON THE MERISTEMATIC TISSUE OF THE ROOTS OF ONION
©Kantsavaya I., Ph.D., F. Skorina Gomel State University, Gomel, Belarus, ikantsavaya@mail.ru
©Alekseenko O., F. Skorina Gomel State University, Gomel, Belarus, alekseenkoolgagennadevna@gmail.com
Аннотация. В работе исследуется влияние аминогликозидных антибиотиков (амикацина, гентамицина, канамицина, стрептомицина) и цитокинина 6-БАП на митотическую активность клеток образовательной ткани корней лука обыкновенного. Методы исследования: Allium-тест, цитогенетический анализ, статистический анализ. В вариантах опыта с применением 6-БАП в концентрации 5,0 мг/л, тестируемыми аминогликозидными антибиотиками (гентамицином в концентрации 50,0 и 100,0 мг/л, и стрептомицином в концентрации 150,0 и 1000,0 мг/л) при микроскопировании препаратов наблюдали в апикальной меристеме у 68,8-88,0% придаточных корней лука отсутствие деления. У них митотический индекс был близок к нулю и большинство клеток находились в профатическом состоянии. Установлено, что тестируемые концентрации аминогликозидных антибиотиков подавляли митотическую активность в образовательной ткани придаточных корней лука. Существенно, в 1,6-2,5 раза снижается МИ в вариантах применения 6-БАП, гентамицина, стрептомицина в концентрации 1000,0 мг/л, амикацина и канамицина. Повышение концентрации гентамицина с 50 мг/л до 100,0 мг/л, стрептомицина со 150,0 до 1000,0 мг/л, канамицина со 100,0 мг/л до 1000 мг/л не оказывает существенного негативного влияния на митотическую активность клеток меристем.
Abstract. In the work examines the impact of aminoglicoside antibiotics (amicacin, gentamicin, canamicin, streptomycin) and cytokinin 6-BAP on the mitotic activity of cells meristematic tissue of the roots of the onion. Research methods: Allium-test, cytogenetic analysis, statistical analysis. In variants of the experiment using 6-BAP at concentrations of 5.0 mg/l, tested with aminoglycoside antibiotics (gentamicin in concentrations of 50.0 and 100.0 mg/l, and streptomycin in concentrations of 150.0 and 1000.0 mg/l) when microscopic drugs observed in apical meristem in 68.8-88.0% of the appendage roots of onions lack division. Their mitotic index was close to zero and most of the cells were in a profatestate condition. It was established that the tested concentrations of aminoglycoside antibiotics suppressed mitotic activity in the meristematic tissue of the appendages of the onion roots. Considerably, in 1.6-2.5 times MI reduced in variants of application of 6-BAP, gentamicin, streptomycin in concentrations of 1000.0
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 6. №3. 2020
https://www.bulletennauki.com DOI: 10.33619/2414-2948/52
mg/l, amicacin and canamicin. Increased concentration of gentamicin from 50 mg/l to 100.0 mg/l, streptomycin from 150.0 mg/l to 1000.0 mg/l, canamicin from 100.0 mg/l to 100.0 mg/l doesn't have a significant negative effect on mitotic activity of meristem cells.
Ключевые слова: Allium-тест, аминогликозидные антибиотики, митотический индекс.
Keywords: Allium-test, aminoglicoside antibiotics, mitotic index.
Аминогликозиды относятся к группе антибиотиков, ингибирующих белковый синтез у бактерий [1-2]. Эти антибиотики проникают внутрь клеток бактерий и связываются с рибосомами, синтезирующими бактериальные белки, тем самым блокируя биохимические процессы, происходящие в клетках. Парализованная бактерия теряет возможность размножаться и расти, чего бывает достаточно, чтобы избавиться от некоторых инфекций. Нарушение синтеза белка происходит на стадии взаимодействия с рибосомами путем блокирования связывания транспортной т-РНК с 30S-субъединицами рибосом [2-3]. Избирательность действия аминогликозидов на бактериальную клетку обеспечивается существенным различием рибосом у бактерий и эукариот. Частицы бактериальных рибосом, обозначаемые по коэффициенту седиментации как 50S- и 30S-частицы, отличаются по способности связываться с антибиотиками от частиц рибосом эукариотов, соответственно, 60S- и 40S-частиц. По этой причине цитоплазматические рибосомы животной клетки реагируют с ними гораздо слабее или вообще не связывают указанные антибиотики. Однако в группе аминогликозидов существуют антибиотики, блокирующие синтез белка, реагирующие с рибосомами и микроорганизмов, и животной клетки. В медицинской практике они не используются, но производятся как реагенты для биохимических и молекулярно-биологических исследований (например, антибиотик циклогексимид) [4].
Цель работы: изучить влияние аминогликозидных антибиотиков (амикацина, гентамицина, канамицина, стрептомицина) и цитокинина 6-БАП на митотическую активность клеток образовательной ткани корней лука обыкновенного.
Методика исследований
Исследование ответных реакций растений лука обыкновенного в условиях действия водных растворов антибиотиков выполняли с помощью Allium-теста [5] на сорте «Стурон». В качестве контроля использовали очищенную водопроводную воду.
Тестировали следующие антибиотики: амикацин (Синтез АКОМП, Россия) в концентрации 500,0 мг/л, гентамицин (гентамицина сульфат, РУП «Белмедпрепараты», Беларусь) — 50,0 и 100,0 мг/л; стрептомицин (стрептомицина сульфат; ЗАО «Брынцалов-А», Россия) — 150,0 и 1000,0 мг/л; канамицин (ЗАО «Брынцалов-А», Россия) — 100,0 и 1000,0 мг/л; и цитокинин 6-бензиламинопурин (6-БАП) (Sigma-Aldrich, USA) — 5,0 мг/л.
Давленые препараты для цитогенетического анализа, окрашенные ацетогематоксилином, изготавливали по общепринятой методике [6].
Просмотр препаратов осуществляли на компьютеризированной кариологической станции, оснащенной микроскопом Leica DMR при увеличении 40*10*1,5.
Цитогенетический анализ выполняли по общепринятой методике [6].
По каждому варианту опыта определяли:
1) митотический индекс (МИ) по совокупности корней с митозом;
2) МИ* для всех просмотренных корней.
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. б. №3. 2020
https://www.bulletennauki.com DOI: 10.33619/2414-294S/52
Статистическую обработку результатов исследований проводили с помощью пакета прикладного программного обеспечения Microsoft Excel и «Statsoft (USA) Statistica v.7.0. Для данных, подчиняющихся нормальному закону распределения, использовали t-критерий Стьюдента [7].
Результаты исследований При микроскопировании препаратов в вариантах опыта наблюдали в апикальной меристеме некоторых придаточных корней лука отсутствие деления (Таблица). Митотический индекс был близок к 0 и большинство клеток находились в профатическом состоянии. Применение гентамицина и стрептомицина во всех вариантах опыта подавляла митотическую активность у 70,0-88,9% корешков на момент фиксации материала. Полагаем, что это своеобразный адаптационный механизм на клеточном уровне при действии стрессовых факторов.
Таблица.
ВЛИЯНИЕ АМИНОГЛИКОЗИДНЫХ АНТИБИОТИКОВ И 6-БАП НА КЛЕТОЧНЫМ ЦИКЛ МЕРИСТЕМНЫ1Х КЛЕТОК КОРЕШКОВ ЛУКА ОБЫКНОВЕННОГО
№ варианта Тестируемые вещества, концентрация в мг/л Число корешков
опыта с митозом, %
i вода водопроводная i00,0
2 6-БАП, 5,0 6S,S
3 гентамицин, 50,0 S6,4
4 гентамицин, 100,0 10,0
5 гентамицин, 100,0 + 6-БАП, 5,0 S4,4
б стрептомицин, 150,0 Si,0
l стрептомицин, 1000,0 S2,4
S стрептомицин, 1000,0 + 6-БАП, 5,0 SS,9
9 амикацин, 500,0 i00,0
i0 канамицин, 100,0 i00,0
ii канамицин, 1000,0 i00,0
Амикацин и канамицин не влияли на митотическую активность в меристематических клетках корешков лука. Следует отметить, что б-БАП в комбинации с гентамицином и стрептомицином приводит к тенденции увеличения доли корней с митозом.
Результаты других исследований также свидетельствуют о подавлении корнеобразования у семян кукурузы [8] и однопочечных сегментов побегов в культуре тканей разных видов березы [9] при проращивании в растворах либо средах с добавлением гентамицина, соответственно, в концентрации 20-40 мг/л и 50-300 мг/л.
Установлено, что тестируемые концентрации аминогликозидных антибиотиков подавляют митотическую активность в образовательной ткани придаточных корней лука. Существенно, в 1,б-2,5 раза, снижается МИ в вариантах применения б-БАП, гентамицина, стрептомицина в концентрации 1000,0 мг/л, амикацина и канамицина (Рисунок).
Повышение концентрации гентамицина с 50 мг/л до 100,0 мг/л, стрептомицина со 150,0 мг/л до 1000,0 мг/л, канамицина со 100,0 мг/л до 1000 мг/л не оказывает существенного негативного влияния на митотическую активность клеток меристем (Рисунок).
Если анализировать совместное действие б-БАП и гентамицина, то следует отметить, что данная комбинация повлияла на увеличение МИ. В то время как при совместном применении б-БАП и стрептомицина установлено снижение митотической активности клеток.
[¡Он
^ei™ Тип лицензии СС: Attribution 4.0 International (СС BY 4.0) 51
Бюллетень науки и практики /Bulletin of Science and Practice Т. 6. №3. 2020
https://www.bulletennauki.com DOI: 10.33619/2414-2948/52
123456789 10 11
варианты опыта
Рисунок. Влияние тестируемых веществ на митотический индекс. Варианты опыта: 1 — контроль; 2 — 6-БАП, 5,0 мг/л; 3 — гентамицин, 50,0 мг/л; 4 — гентамицин, 100,0 мг/л; 5 — гентамицин, 100,0 мг/л + 6-БАП, 5,0 мг/л; 6 — стрептомицин, 150,0 мг/л; 7 — стрептомицин, 1000,0 мг/л; 8 — стрептомицин, 1000,0 мг/л + 6-БАП, 5,0 мг/л; 9 — амикацин, 500,0 мг/л; 10 — канамицин, 100,0 мг/л; 11 — канамицин, 1000,0 мг/л; МИ — учитывали корешки с митозом; МИ* — учитывали все просмотренные корешки.
В обоих вариантах совместного применения цитокинина и тестируемых аминогликозидных антибиотиков отмечено влияние 6-БАП на прохождение митоза. Необходимо напомнить, что цитокинины стимулируют экспрессию специфического циклина и ускоряют переход от фазы G2 к митозу [10].
Однако на разных стадиях клеточного цикла синтезируются разные циклины, которые к окончанию митоза быстро разрушаются протеиназами [6, 11-12]. Вышесказанное частично объясняет полученные значения МИ при использовании 6-БАП (Рисунок).
Заключение
Таким образом, в вариантах опыта с 6-БАП, тестируемыми аминогликозидными антибиотиками (кроме амикацина и канамицина) при микроскопировании препаратов в апикальной меристеме у 68,8-88,0% придаточных корней лука наблюдали отсутствие деления. Митотический индекс был близок к нулю и большинство клеток находились в профатическом состоянии.
Установлено, что тестируемые концентрации аминогликозидных антибиотиков подавляли митотическую активность в образовательной ткани придаточных корней лука. Существенно, в 1,6-2,5 раза, снижается МИ в вариантах применения 6-БАП, гентамицина, стрептомицина в концентрации 1000,0 мг/л, амикацина и канамицина.
Список литературы:
1. Машковский М. Д. Лекарственные средства. М.: Новая волна, 2012.
2. Навашин С. М., Фомина И. П. Рациональная антибиотикотерапия. М.: Медицина,
1982.
3. Алехин Е. К., Алехин Е. К. Как действуют антибиотики //Антибиотики. 2000. №4.
4. Сазыкин Ю. О., Орехов С. Н., Чакалева И. И. Биотехнология. М.: Академия, 2008.
5. Fiskesjo G. Allium test for screening chemicals; evaluation of cytological parameters // Plants for environmental studies. 1997. V. 11. P. 307-333.
6. Паушева З. П. Практикум по цитологии растений. М.: Агропромиздат, 1988.
7. Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Высш. шк., 1990.
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №3. 2020
https://www.bulletennauki.com DOI: 10.33619/2414-2948/52
8. Пархоменко А. С. Оценка токсического и мутагенного действия антибиотических препаратов на проростки кукурузы. https://pandia.ru/text/80/027/2256.php.
9. Концевая И. И. Использование антибиотиков в культуре тканей березы // Лесоведение. 2011. №1. С. 45-51.
10. Романов Г. А. Как цитокинины действуют на клетку // Физиология растений. 2009. Т. 56. №2. С. 295-319.
11. Ченцов Ю. С. Введение в клеточную биологию. М.: Академкнига, 2004.
12. Kieber J. J., Schaller G. E. Cytokinins // The Arabidopsis Book/American Society of Plant Biologists. 2014. V. 12. https://doi.org/10.1199/tab.0168
References:
1. Mashkovskii, M. D. (2012). Lekarstvennye sredstva. Moscow. (in Russian).
2. Navashin, S. M., & Fomina, I. P. (1982). Ratsional'naya antibiotikoterapiya. Moscow. (in Russian).
3. Alekhin, E. K., & Alekhin, E. K. (2000). Kak deistvuyut antibiotiki. Antibiotiki, (4). (in Russian).
4. Sazykin, Yu. O., Orekhov, S. N., & Chakaleva, I. I. (2008). Biotekhnologiya. Moscow. (in Russian).
5. Fiskesjo, G. (1997). Allium test for screening chemicals; evaluation of cytological parameters. Plants for environmental studies, 11, 307-333.
6. Pausheva, Z. P. (1988). Praktikum po tsitologii rastenii. Moscow. (in Russian).
7. Lakin, G. F. (1990). Biometriya. Moscow. (in Russian).
8. Parkhomenko, A. S. Otsenka toksicheskogo i mutagennogo deistviya antibioticheskikh preparatov na prorostki kukuruzy. https://pandia.ru/text/80/027/2256.php. (in Russian).
9. Kontsevaya, I. I. (2011). The Use of Antibiotics in Birch Tissue Culture. Lesovedenie, (1), 45-51. (in Russian).
10. Romanov, G. A. (2009). How do cytokinins affect the cell? Russian Journal of Plant Physiology, 56(2), 268-290. (in Russian).
11. Chentsov, Yu. S. (2004). Vvedenie v kletochnuyu biologiyu. Moscow. (in Russian).
12. Kieber, J. J., & Schaller, G. E. (2014). Cytokinins. The arabidopsis book, 12, e0168. https://doi.org/10.1199/tab.0168
Работа поступила Принята к публикации
в редакцию 14.02.2020 г. 19.02.2020 г.
Ссылка для цитирования:
Концевая И. И., Алексеенко О. Г. Оценка токсического действия аминогликозидных антибиотиков на образовательную ткань корней лука // Бюллетень науки и практики. 2020. Т. 6. №3. С. 49-53. https://doi.org/10.33619/2414-2948/52/06
Cite as (APA):
Kantsavaya, I., & Alekseenko, O. (2020). Evaluation of the Toxic Effect of Aminoglycoside Antibiotics on the Meristematic Tissue of the Roots of Onion. Bulletin of Science and Practice, 6(3), 49-53. https://doi.org/10.33619/2414-2948/52/06 (in Russian).
