CC BY
22
УДК 579.62
Климова Т.А., Барышева Е.С., Морозова Н.В., Коробова И.В.
Оренбургский государственный университет, г Оренбург, Россия E-mail: [email protected]
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ БАКТЕРИЙ РОДА Bacillus В СИСТЕМЕ ДОСТАВКИ ЖЕЛЕЗА И ЦИНКА В ОРГАНИЗМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ
Исследования в области дефицитов железа и цинка обусловлены высокой распространенностью железодефицитных и дефицитных состояний цинка по данным официальной статистики Министерства здравоохранения РФ. Известно, что металлы по сравнению с другими элементами имеют способность к биоаккумуляции. Микроорганизмы способны извлекать и концентрировать металлы, в частности данной способностью обладают микроорганизмы, которые входят в состав пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus.
Изучены возможности доставки железа и цинка в организм лабораторных животных с применением пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus. В качестве пробиотических штаммов выступали живые и инактивированные бактерии рода Bacillus: B. subtilis 534, B. cereus 5832, В. licheniformis7038 и В. subtilis7048. Полученные данные свидетельствуют о том, что в системе доставки железа наиболее эффективными из исследуемых пробиотических штаммов являются инактивированные В. licheniformis 7038 и В. subtilis 7048 (увеличение содержания железа в кожном покрове лабораторных животных на 31,7%, в костной ткани - 80,8%, в мышечной ткани - 75,9%). В системе доставки цинка наиболее эффективным оказался штамм B. subtilis 534, при этом содержание цинка в кожном покрове лабораторных животных увеличилось на 60%, в костной ткани на 78,5%, в мышечной ткани на 43,6%.
В системе доставки железа наиболее эффективным из исследуемых препаратов является «Ветом-2», а наименее «Споробактерин». В системе доставки цинка наиболее эффективным является «Споробактерин», а наименее «Бактисубтил».
Ключевые слова: железо, цинк, пробиотические штаммы, доставка.
Актуальность исследования обусловлена высокой распространенностью железодефицитных состояний среди женщин репродуктивного возраста - 30-40% по данным официальной статистики Министерства здравоохранения РФ [1], [2].
Пристальный интерес исследователей к данному микроэлементу связан не столько с распространенностью железа в природе, сколько с его участием в сложных метаболических процессах человеческого организма. Немаловажен тот факт, что концентрация железа в организме регулируется исключительно поглощением, а не выделением [3], [4].
Незаменимость цинка для течения кардинальных процессов жизнедеятельности явно проявляется при возникновении его дефицита. Недавние глобальные оценки свидетельствуют о том, что более четверти детей в возрасте до 5 лет отстают в росте и, следовательно, подвергаются повышенному риску смерти и развития других неблагоприятных последствий на протяжении жизни вследствие хронического приобретенного дефицита цинка [5], [6].
Металлы по сравнению с другими элементами имеют способность к биоаккумуляции. Из-
вестно, что микроорганизмы способны извлекать и концентрировать металлы, в частности данной способностью обладают микроорганизмы, которые входят в состав пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus [7], [8].
На основании вышеизложенных данных перед нами была поставлена следующая цель: изучить эффективность применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus в системе доставки железа и цинка в организм лабораторных животных.
Материалы и методы исследования
Для проведения эксперимента были выбраны пробиотические штаммы: B. subtilis 534 («Споробактерин», производитель препарата -ООО «Бакорен», г. Оренбург (Россия)), B. cereus 5832 («Бактисубтил», производитель препарата - «Marion Merrel», Франция), Bacillus licheniformis ВКПМ В 7038 и Bacillus subtilis ВКПМ В 7048 («Ветом 2», производитель препарата - ООО НП «Исследовательский центр», г. Новосибирск (Россия)). Выделенные микроорганизмы из пробитических препаратов культивировались с FeSO4/ZnSO4 в жидкой питательной среде (в двух одинаковых партиях). Одна партия
была инактивирована путем автоклавирования. После чего задавали лабораторным животным живые и инактивированные микроорганизмы.
Пробиотические препараты применялись для системы доставки железа и цинка, вводимых в организм в виде Ре804 и 2п804 с концентрацией 0,005 моль/л [9].
Экспериментальное исследование было проведено на лабораторных животных (N=42), из них было сформировано семь групп - одна контрольная и шесть опытных по 6 животных в каждой. Контрольная группа животных находилась на общевиварном рационе (К0), первые три опытные группы получали минеральную диету с добавлением Бе804/2п804 и живых микроорганизмов пробиотических препаратов: О1 - «Ветом-2» (живые) + Бе804/2п804, О3 - «Споробактерин» (живые) + Бе804/2п804, О5 - «Бактисубтил» (живые) + Бе804/2п804. Следующие три опытные группы находились на минеральной диете с добавлением Бе804/ 2п804 и инактивированных микроорганизмов пробиотических препаратов: О2 - «Ветом-2» (инактивированные) + Ре804/2п804, О4 - «Споробактерин» (инактивированные) + Бе804/2п-804, О6 - «Бактисубтил» (инактивированные) + Бе804/2п804. Затравки задавались перорально ежедневно в течение семи дней [10].
Взятие биологического материала проводилось с периодичностью в семь дней (фоновое исследование, седьмой день) путём убоя животных методом декапитации с учетом требований
поведения с животными. В качестве биоматериалов нами выбраны костная и мышечная ткани, кожный покров.
Для определения содержания металлов и их солей была использована атомно-абсорбционная спектрометрия, используемая для количественного анализа металлов и их солей [11], [12].
Полученные данные подвергали статистической обработке с использованием t-критерия Стьюдента [13].
Результаты
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что в группах экспериментальных животных с использованием инактивированных микроорганизмов, количества железа в тканях было больше, чем в группах с использованием живых бактерий рода Bacillus (см. табл. 1).
На седьмой день исследования по отношению к фоновой группе в опытных группах с применением живых микроорганизмов происходят незначительные изменения. Так в опытной группе О2 наблюдается увеличение железа на 21,4% в кожном покрове, в костной ткани увеличение железа происходит почти на 80%, в мышечной ткани - 75,9%. В опытной группе О6 в кожном покрове железо увеличилось на 21,4%, в мышечной ткани на 73,3%, в костной ткани - 78,2%.
Анализируя данные, полученные в системе доставки цинка, наблюдается та же закономерность, что и в системе доставки железа (см. табл. 2).
Таблица 1 - Определение концентрации ионов железа в тканях лабораторных животных в динамике
в микрограммах на килограмм
Группы Фоновое исследование Через 7 дней
1 2 3
Концентрация ионов металлов в кожном покрове
К0 4,63±0,006 4,67±0,006
О1 3,87±0,003 4,96±0,003***
О2 3,79±0,008 5,67±0,003***
О3 3,58±0,003 4,45±0,003**
О4 3,23±0,003 4,87±0,005**
О5 3,59±0,006 4,68±0,006
О6 3,55±0,003 5,91±0,006***
Концентрация ионов металлов в мышечной ткани
К0 3,68±0,006 3,65±0,006
О1 3,55±0,006 5,04±0,003***
О2 3,87±0,003 6,42±0,003***
Продолжение таблицы 1
1 2 э
ОЭ Э,66±0,006 4,1Э±0,006***
О4 Э,75±0,00Э 4,22±0,003***
О5 Э,77±0,00Э 4,88±0,006***
О6 Э,71±0,006 5,96±0,003***
Концентрация ионов металлов в костной ткани
К0 Э,64±0,00Э Э,85±0,006
О1 3,56±0,006 5,14±0,00Э***
О2 Э,7Э±0,00Э 6,96±0,006***
О3 Э,48±0,006 4,66±0,00Э***
О4 Э,69±0,00Э 4,80±0,006***
О5 Э,45±0,006 5,16±0,00Э***
О6 Э,64±0,00Э 6,86±0,006***
*р < 0,5; **р < 0,05; ***р < 0,005 Сравнение в отношении К0 и опытных групп
Таблица 2 - Определение концентрации ионов цинка в тканях лабораторных животных в динамике
в микрограммах на килограмм
Группы Фоновое исследование Через 7 дней
Концентрация ионов металлов в кожном покрове
К0 0,4Э±0,00Э 0,44±0,005
О1 0,4Э±0,00Э 0,57±0,005***
О2 0,4Э±0,006 0,6Э±0,008**
Оэ 0,4Э±0,00Э 0,81±0,005***
О4 0,44±0,008 1,10±0,041***
О5 0,43±0,006 0,51±0,008***
О6 0,4Э±0,005 0,57±0,00Э
Концентрация ионов металлов в мышечной ткани
К0 0,75±0,00Э 0,75±0,00Э
О1 0,75±0,006 0,9Э±0,00Э**
О2 0,75±0,006 0,96±0,00Э**
Оэ 0,75±0,00Э 1,21±0,005***
О4 0,75±0,00Э 1,33±0,008***
О5 0,75±0,00Э 0,80±0,00Э***
О6 0,75±0,00Э 0,87±0,00Э***
Концентрация ионов металлов в костной ткани
К0 0,Э9±0,00Э 0,Э9±0,00Э
О1 0,39±0,005 0,90±0,00Э*
О2 0,Э9±0,00Э 0,98±0,00Э**
Оэ 0,Э9±0,005 1,68±0,00Э***
О4 0,Э9±0,00Э 1,77±0,005***
О5 0,Э9±0,00Э 0,48±0,00Э***
О6 0,Э9±0,005 0,51±0,005**
*р < 0,5; **р < 0,05; ***р < 0,005 Сравнение в отношении К0 и опытных групп
Биосорбция выбранных металлов (Fe и Zn) обусловлена более легким атомным весом по сравнению с другими металлами и более низким взаимодействием с биологическими компонентами.
Среди исследуемых нами пробиотических штаммов (B. subtilis 534, B. cereus 5832, В. li-cheniformis 7038 и В. subtilis 7048) все обладают хорошей аккумулирующей активностью, однако следует выделить, что в системе доставки железа наиболее эффективным из исследуемых препаратов является «Ветом-2», как с применением живых, так и инактивированных микроорганизмов, а наименее « Споробактерин» - это подтверждается ранее полученными данными по доставке железа в организм лабораторных животных [14]. Эффективность «Ветома-2» возможно связана с тем, что данный пробиотик содержит в своем составе два штамма микроорганизмов. В системе доставки цинка наиболее эффективным является «Споробактерин», а наименее «Бактисубтил» [15].
04.10.2017
Список литературы:
1. Холопов, Ю. А. Тяжелые металлы как фактор экологической опасности: Методические указания к самостоятельной работе по экологии для студентов [Текст] / Ю. А. Холопов. - СамГАПС.: Самара, 2003. - 42 с.
2. Чубуков, В. Ф. Микробы запасают металлы [Текст] / В. Ф. Чубуков // Химия и Жизнь. - 1982. - № 11. - С. 53-55.
3. Фармакологические аспекты применения пробиотиков [Электронный ресурс]. - Ветеринарный центр «ЗООВЕТ». - Москва: ZOOVET.RU, 200б. - Режим доступа: http://www.zoovet.ru. - 11.12.2011.
4. Физиология спорообразующих бактерий [Электронный ресурс]. - Ветом. НПФ «Исследовательский центр», разработчик и производитель микробиологических препаратов. - Москва: VETOM.RU, 2011. - Режим доступа: http://vetom.ru/. - 14.12.2013.
5. Эффективность применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus в системе доставки железа [Текст] / А. Н. Сизенцов, О. В. Кван, С. В. Нотова [и др.] // Вестник восстановительной медицины: изд-во Объединение специалисто восстановительной медицины. - Москва. - 2014. - № 2. - С. бб-75.
6. Дорошенко, М. С. Модифицированные пробиотики в профилактике и лечении желудочно-кишечных заболеваний молодняка сельскохозяйственных животных и птицы [Текст] / М. С. Дорошенко, Ю. В. Аркуш // III Международная научная интернет-конференция «Инновации и традиции в современной научной мысли», 2012.
7. Буянова, Е. С. Руководство к лабораторному практикуму дисциплины «Оптические методы анализа объектов окружающей среды и пищевых продуктов» [Текст] / Е. С. Буянова, Ю. В. Емельянова. - Уральский государственный университет, 2008. -С. 3-б.
8. Никитина, Ю. Е. Исследование влияния микроэлементов и макроэлементов на организм человека и биоаккумуляции некоторых ионов тяжелых металлов микроорганизмами [Текст] / Ю. Е. Никитина // VIII Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум - 201б», 201б. - С. 27-28.
9. Sioutas, C. Exposure assessment for atmospheric Ultrafine Particles (UFPs) and implications in epidemiologic research / C. Sioutas, R.J. Delfino, M. Singh // Environmental Health Perspectives. - 2005. - V. 113. - P. 947-955.
10. The role of oxidative stress in the prolonged inhibitory effect of ultrafine carbon black on epithelial cell function / V. Stone, J. Shaw J., D.M. Brown [et al] // Toxicology in Vitro. - 1998. - V. 12. - P. б49-б59.
11. Медицинская литература [Электронный ресурс]. - Электрон. текстовые данные. - Москва: Энциклопедия, 2008. - Режим доступа: http://medbookaide.ru.
12. Поздеев, О. К. Медицинская микробиология / О. К. Поздеев. - Москва. : Мир, 2004. - 303 с.
13. Ашмарин, И. П. Статистические методы в микробиологии [Текст] / И. П. Ашмарин, А. А. Воробьёв. - Л. : Гос. изд. мед. лит., 19б2. - 177 с.
14. Сизенцов, А. Н. Эффективность применения пробиотических препаратов при интоксикации цинком [Текст] / А. Н. Сизенцов // Вестник Ветеринарии: изд-во Энтропос. - Ставрополь. - 2013. - № 2. - С. 34-3б.
15. Сизенцов, А. Н. Биоаккумуляция тяжелых металлов микроорганизмами, входящими в состав пробиотических препаратов в условиях in vitro [Текст] / А. Н. Сизенцов, С. А. Пешков // Вестник Оренбургского Государственного Университета: изд-во Оренбургский Государственный Университет. - Оренбург. - 2013. - № 10. - С. 142-144.
В группах экспериментальных животных с использованием инактивированных микроорганизмов, количество цинка в тканях было больше, чем в группах с использованием живых бактерий рода Bacillus. В опытной группе О2 в кожном покрове цинк увеличился на 31,7%, в мышечной ткани на 21,8%, в костной ткани на 60,2%. В опытной группе О4 увеличение цинка в кожном покрове составило на 60 , в мышечной ткани на 43,6%, в костной ткани - 78,5%.
Обсуждение и заключение
На сегодняшний день очень распространен дефицит железа и цинка. В своем эксперименте мы изучаем возможность использования бактерий рода Bacillus в качестве агентов для доставки металлов в организм. Для этого мы выделили живые и инактивированные бактерии рода Bacillus, при этом живые бактерии аккумулируют металлы собственно для клетки, а инактиви-рованные являются переносчиками металлов в организм экспериментальных животных.
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]
Морозова Наталья Викторовна, магистрант кафедры биохимии и микробиологии химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, e-mail: [email protected]
Коробова Ирина Владимировна, магистрант кафедры биохимии и микробиологии химико-биологического факультета Оренбургского государственного университета 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, e-mail: [email protected]
