CC BY
23
УДК 579.62
Климова Т.А., Барышева Е.С., Сизенцов А.Н.
Оренбургский государственный университет, г Оренбург, Россия E-mail: [email protected]
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АНИОННЫХ КОМПОНЕНТОВ ЖЕЛЕЗА НА БИОТОКСИЧНОСТЬ В ОТНОШЕНИИ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ШТАММОВ
Металлы имеют способность к биоаккумуляции. Микроорганизмы могут извлекать и концентрировать металлы. Данной способностью обладают микроорганизмы, которые входят в состав пробиотических препаратов, в частности бактерии рода Вacillus. Очень важным является то, что входящие в состав пробиотических препаратов микроорганизмы рода Bacillus, являются самоэле-минирующимися антагонистами. Бактерии рода Bacillus, входящие в состав пробиотических препаратов, способны оказывать антитоксическое действие, которое проявляется в активном выведении токсичных веществ из организма, а также тяжелых металлов. Целью нашей работы стало изучить влияние анионных компонентов железа на биотоксичность пробиотических штаммов. В качестве пробиотических штаммов выступали, входящие в состав пробиотических препаратов: B. subtilis 534, B. cereus 5832, B. subtilis 10641, B. amyloliquefaciens 10642, B. amyloliquefaciens 10643. Полученные данные свидетельствуют о значительной биотоксичности анионных компонентов железа в отношении пробиотических штаммов. Наиболее чувствительными оказались при воздействии анионных компонентов хлорида железа (III) B. cereus 5832 и B. amyloliquefaciens 10642, при воздействии анионных компонентов нитрата железа (II) B. subtilis 10641, при воздействии анионных компонентов сульфата железа (II) B. amyloliquefaciens 10642. Также было установлено, что высокие концентрации анионных компонентов железа оказывают значительный токсический эффект в отношении всех исследуемых пробиотических штаммов, что связано с анионным компонентом и как следствие уровнем диссоциации молекул исследуемых соединений.
Ключевые слова: железо, пробиотические штаммы, биотоксичность.
Железо является незаменимым микроэлементом. Железо участвует в основных жизненно важных функциях организма, таких как, образовании железосодержащих молекул (например, гемоглобин и миоглобин) и нормальном функционировании железозависимых реакций (например, продукции интерлейкинов, Т-киллеров, Т-супрессоров, металлоферментов и др.) [1].
Рассматривая вопрос об избыточном содержании железа в организме человека, стоит сказать и об экологическом состоянии Оренбургской области непосредственно по загрязнению железом. На территории Оренбургской области на 01.01.2013 г. зарегистрировано 61 месторождение, из них 33 месторождения распределенного фонда. ФГУ «Оренбургский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» проводятся наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха в 5 городах региона (Оренбург, Орск, Новотроицк, Медно-горск, Кувандык, Гай) на 13 стационарных постах по 14 загрязняющим примесям [2], [3].
По результатам эколого-геохимического мониторинга, выявлено что превышение ПДК железа наблюдается в Гайском, Новотроицком, Кувандыкском и Медногорском районах. Районы с незначительным ПДК железа: Илецкий,
Бузулукский, Орский и Сакмарский районы
[4], [5].
Известно, что металлы по сравнению с другими элементами имеют способность к биоаккумуляции. Микроорганизмы способны извлекать и концентрировать металлы. Данной способностью обладают микроорганизмы, которые входят в состав пробиотических препаратов, в частности бактерии рода Bacillus. Очень важным является то, что входящие в состав пробиотических препаратов микроорганизмы рода Bacillus, являются самоэлеми-нирующимися антагонистами. Они способны оказывать антитоксическое действие, которое проявляется в активном выведении токсичных веществ из организма, а также тяжелых металлов [6], [7], [8].
На основании вышеизложенных данных перед нами была поставлена следующая цель: изучить влияние анионных компонентов железа на биотоксичность пробиотических штаммов.
Материалы и методы исследования.
Для проведения эксперимента были выбраны пробиотические препараты: «Споробакте-рин» (основа препарата B. subtilis 534, производитель - ООО «Бакорен», г. Оренбург (Россия),
Биологические науки
«Бактисубтил» (основа препарата B. cereus 5832, производитель - «Marion Merrel», Франция), «Ветом 1.1» (основа препарата B. subtilis штамм ВКПМ В-10641, производитель - НПФ «Исследовательский центр» ООО (Россия), «Ветом 3» (основа препарата B. amyloliquefaciens штамм ВКПМ В-10642 (DSM 24614), производитель - НПФ «Исследовательский центр» ООО (Россия), «Ветом 4» (основа препарата основа препарата B. amyloliquefaciens штамм ВКПМ В-10643 (DSM 24615), производитель - НПФ «Исследовательский центр» ООО (Россия) [9].
В качестве токсикантов использовались соли железа: сульфат железа (II), нитрат железа (II), хлорид железа (III).
Используемый метод - метод агаровых лунок: пробиотический штамм высевали сплошным «газоном» на поверхность агаровой пластинки в чашке Петри. После этого, пробочным сверлом (диаметр 8 мм) вырезали агаровые блочки в количестве 7 штук на одной чашке Петри, в которые вносят исследуемые концентрации веществ для оценки их ингибирующего действия. Чашки помещали в термостат на 24 часа при температуре 37 °С с последующим учетом роста и визуальной оценки влияния исследуемого соединения на рост и морфологию тест организма [10], [11].
За результат анализа по каждому соединению солей принималось среднее значение серии измерений [12].
Результаты исследования.
Полученные в ходе исследования данные свидетельствуют о выраженном токсическом влиянии всех исследуемых солей железа не зависимо от анионного компонента в отношении изучаемых пробиотических штаммов (табл. 1) [13].
Однако следует отметить, что наиболее выраженным токсическим эффектом в отношении исследуемых микроорганизмов обладает сульфат железа значения зон подавления роста, которого, превысили значения хлорида и нитрата железа для B. cereus 5832 на 44,3% и 28,6%, B. subtilis 10641 46,2% и 9,5%, B. amyloliquefaciens 10642 29,5% и 19,4%, B. amyloliquefaciens 10643 45,1% и 5,6%, соответственно. Исключение составил штамм B. subtilis 534 для которого более токсичным оказался нитрат железа.
Также в ходе выполненных исследований было установлено, что в отношении хлорида железа (III) наименее резистентными оказались штаммы B. cereus 5832 и B. amyloliquefa-ciens 10642, а по отношению к нитрату железа (II) и сульфата железа (II) сульфату железа (II)
Таблица 1 - Оценка биотоксичности анионных компонентов железа в отношении пробиотических штаммов
на основании зон подавления роста (мм)
Исследуемые микроорганизмы Степень разведения хлорида железа (III) (ммоль/л)
1 0,5 0,25 0,125 0,0625 0,0312 0,0156
B. subtilis 534 12,3±0,3 10,0 8,3±0,9 5,3±0,3 - - -
B. cereus 5832 11,7±0,9 10,0 8,7±0,9 5,3±0,3 1,3±0,7 - -
B. subtilis 10641 11,3±0,3 10,3±0,3 8,3±0,9 5,0 - - -
B. amyloliquefaciens 10642 16,0±1,5 10,7±0,3 9,0±0,5 6,3±0,9 0,7±0,7 - -
B. amyloliquefaciens 10643 11,7±0,3 9,7±0,3 7,3±0,7 4,0±1,0 - - -
Исследуемые микроорганизмы Степень разведения нитрата железа (II) (ммоль/л)
1 0,5 0,25 0,125 0,0625 0,0312 0,0156
B. subtilis 534 21,0 17,0 13,7±0,7 10,7±0,7 8,0±1,5 - -
B. cereus 5832 15,0±1,0 10,7±0,3 7,0 6,0±0,5 5,7±0,3 - -
B. subtilis 10641 19,0±0,5 15,0±1,5 13,0 11,7±0,3 9,7±1,8 7,0±1,5 -
B. amyloliquefaciens 10642 18,3±0,9 15,7±0,7 11,7±0,9 5,7±0,7 5,0 - -
B. amyloliquefaciens 10643 20,3±1,7 15,7±0,3 12,3±0,3 9,3±0,7 6,0 - -
Исследуемые микроорганизмы Степень разведения сульфата железа (II) (ммоль/л)
1 0,5 0,25 0,125 0,0625 0,0312 0,0156
B. subtilis 534 20,0 18,7±0,9 14,3±0,7 10,0 5,0 - -
B. cereus 5832 21,0±0,5 18,0±1,0 13,7±0,9 10,0 6,7±1,7 - -
B. subtilis 10641 21,0±1,0 17,7±1,4 13,7±0,7 11,0±1,0 5,0 - -
B. amyloliquefaciens 10642 22,7±1,4 18,3±0,9 11,3±3,1 8,3±1,7 5,0±1,7 2,6±2,6 -
B. amyloliquefaciens 10643 21,3±0,3 18,3±0,8 14,7±1,4 10,0 3,7±1,8 - -
Климова Т.А. и др._
B. subtilis 10641 и B. amyloliquefaciens 10642, соответственно.
Обобщая и интерпретируя полученные результаты можно сделать следующие выводы:
- несмотря на то, что железо относится к эссенциальным элементам его высокие кон-
Оценка влияния анионных компонентов железа...
центрации оказывают выраженный бактерицидный эффект;
- токсичность различных солей железа напрямую связана с анионным компонентом и как следствие уровнем диссоциации молекул изучаемых соединений [14], [15].
16.06.2017
Список литературы:
1. Госдоклад «О состоянии и об охране окружающей среды Оренбургской области в 2013 году».
2. Сизенцов, А. Н. Оценка эффективности применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus при интоксикации железом / А. Н. Сизенцов, О. В. Кван, Т. А. Гальченко // Современные проблемы науки и образования. - 2013. -№5. - С. 503.
3. Фармакологические аспекты применения пробиотиков [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.zoovet.ru. - Ветеринарный центр «ЗООВЕТ». - Москва.: ZOOVET.RU, 2006. (Дата обращения: 11.12.2011).
4. Эффективность применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus в системе доставки железа / А. Н. Сизенцов [и др.] // Вестник восстановительной медицины: изд-во Объединение специалистов восстановительной медицины. - Москва. - 2014. - №2. - С. 66-75.
5. Costa A.C., Duta F.P. Bioaccumulation of copper, zinc, cadmium and lead by Bacillus sp., B. cereus, B. sphaericus and B. subtilis. Brazilian Journal of Microbiology, 2005, no. 1, pp. 159-175.
6. Khanafari A., Eshghdoost S., Mashinchian A. Removal of lead and chromium from aqueous solution by Bacillus circulans. Iranian Journal of environmental health, science and engineering, 2008, V. 5, no. 3, pp. 195-200.
7. Никитина, Ю. Е. Исследование влияния микроэлементов и макроэлементов на организм человека и биоаккумуляции некоторых ионов тяжелых металлов микроорганизмами / Ю. Е. Никитина // VIII Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум - 2016», 2016. - С. 27-28.
8. Fuller R. Probiotics: prospects of use in opportunistic infections. N. Y., 2005, no. 3, pp. 150-165.
9. Sioutas C., Delfino R.J., Singh M. Exposure assessment for atmospheric Ultrafine Particles (UFPs) and implications in epidemiologic research. Environmental Health Perspectives, 2005, V. 113, pp. 947-955.
10. Stone V., Shaw J., Brown D.M., Macnee W., Faux S.P., Donaldson K. The role of oxidative stress in the prolonged inhibitory effect of ultrafine carbon black on epithelial cell function. Toxicology in Vitro, 1998, V. 12, pp. 649-659.
11. Ашмарин, И. П. Статистические методы в микробиологии / И. П. Ашмарин, А. А. Воробьёв. - Л.: Гос. изд. мед. лит., 1962. -177 с.
12. Hentze M.W., Muckenthaler M.U., Andrews N.C. Balancing acts: molecular control of mammalian iron metabolism. Cell, 2004, V. 117, pp. 285-297.
13. Rafie-Kolpin M., Chefalo P.J., Hussain Z. Two heme-binding domains of heme-regulated eukaryotic initiation factor-2б-kinase. J. Biol. Chem., 2007, V. 275, pp. 5171-5178.
14. Сизенцов, А. Н. Эффективность применения пробиотических препаратов при интоксикации цинком / А. Н. Сизенцов // Вестник Ветеринарии: изд-во Энтропос. - Ставрополь. - 2013. - №2. - С. 34-36.
15. Сизенцов, А. Н. Биоаккумуляция тяжелых металлов микроорганизмами, входящими в состав пробиотических препаратов в условиях in vitro / А. Н. Сизенцов, С. А. Пешков // Вестник Оренбургского Государственного Университета: изд-во Оренбургский Государственный Университет. - Оренбург. - 2013. - №10. - С. 142-144.
Сведения об авторах:
Климова Татьяна Андреевна, аспирант кафедры биохимии и микробиологии химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, e-mail: [email protected]
Барышева Елена Сергеевна, заведующий кафедрой биохимии и микробиологии химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета,
доктор медицинских наук, доцент 460018, г Оренбург, пр-т Победы, 13, e-mail: [email protected]
Сизенцов Алексей Николаевич, доцент кафедры биохимии и микробиологии химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, e-mail: [email protected]
