CC BY
4
ЛИТЕРАТУРА. Симонов В. А., Бартенев В. Д., M и хайло-в а И. А. Гиг. и сан., 1971, № 5. с. 55. — Симонов В. А., Бартенев В. Д.,.. Бреннер Е. С. Там же, 1970, № 5, с. 99. — G е d é m а г Т. J., Chem. Abstr., 1969, v. 71, p. 113575а.—U г q u i z о S., Ann. Fais. exp. Chini., 1969, v. 62, p. 684; Chem. Abstr., v. 71, p. 77112 m.
Поступила 3I/VII 1973 г.
Обзоры
УДК 614.777:[582.232 + 57«.81(047)
Е. И. Демиховский (Днепропетровск)
САНИТАРНОЕ ЗНАЧЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ОТКРЫТИЙ • В ОБЛАСТИ БИОЛОГИИ МИКРОФЛОРЫ ВОДЫ
Проблема естественного самоочищения пресных и соленых водоемов имеет важное теоретическое и практическое значение для гигиенистов и санитарных врачей. Между тем до сих пор недостаточно изучена роль в процессах самоочищения так называемого цветения водоема. Правда, это явление вошло в число критериев оценки его санитарного состояния и возможных условий использования содержащейся в нем воды для водоснабжения. Обильное «цветение» представляет собой фактор, нарушающий режим работы санитарно-технических сооружений. Но синезеленые водоросли являются антагонистами кишечных патогенных и санитарно-показательных бактерий и участвуют в процессах самоочищения водоема от фекального загрязнения. Количественные изменения в составе фитопланктона влияют на сезонные колебания коли-титра в воде естественного водоема. Таким образом, условия, влияющие на его «цветение», имеют значительный интерес для гигиены и санитарии.
В последние годы раскрыто важное значение газовых вакуолей для биологии синезеленых водорослей и аутохтонных водных бактерий. Эти орга-неллы впервые наблюдал у синезеленых водорослей Klebahn (1895). Внезапно повышая гидростатическое давление во взвеси водорослей в воде «ударом молотком по пробке», ученый вызывал оседание растения, плававшего на поверхности воды, на дно сосуда; в осевших клетках переставали выявляться газовые вакуоли, отличавшиеся при микроскопировании от других зернистостей ярким блеском с красноватым оттенком и направильны-ми очертаниями. Поскольку вакуоли не имеют сферической формы, Klebahn предположил, что они снабжены мембраной, защищающей их от действия сил поверхностного натяжения и постепенных колебаний гидростатического давления.
Позже Bowen и соавт., Jost и соавт. у водорослей и Stoeckenius и соавт. у галофильных бактерий с помощью электронной микроскопии негативно окрашенных и напыленных металлами ультратонких срезов газовых вакуолей выявили их формы и размеры.
К настоящему времени удалось выделить и получить газовые вакуоли в очищенном виде. Впервые их высвободили в неповрежденном виде из клеток галофильных бактерий Stoeckenins и соавт. методом «осмотического шока». Walsby и соавт. лизировали клетки некоторых видов водорослей в концентрированном растворе сахарозы (0,7 М), вызвавшем осмотическое сжатие протопластов.
Методами осторожного дробного центрифугирования, фильтрования и хроматографии Buckland и соавт., Larsen и соавт. отделили газовые вакуоли от примесей веществ и частиц, происходящих из клеточной протоплазмы, и тщательно промыли их буферными растворами и дистиллированной водой.
По данным точных исследований (Buckland и соавт.). более 95 % сухого веса мембраны составляет белок, причем только одного вида. Остальную часть сухого веса образует зола. По тем же данным, а также по материалам Jones и соавт., в мембране нет липидов и углеводов. Путем сравнения подвиж- ^ ности белков мембраны при электрофорезе установлено, что их молекулярный вес у разных видов водорослей колеблется в пределах 14 ООО—23 ООО. Белок мембраны построен из 140—150 остатков аминокислот, причем, как отмечают Stocckenius и соавт., в белке мембраны галофильных бактерий содержится больше аспарагина и меньше лецитина, чем у водорослей.
Рентгеноструктурный анализ очищенных вакуолей показал, что мембрана ребриста и ее ребра, по-видимому, являются отрезками завитков спирали. Jones и соавт. предложили модель структуры мембраны. Она построена из одинаковых белковых молекул-субъединиц, сцепленных между собой физическими силами, сходными с существующими между атомами в кристаллах и между белковыми молекулами в капсидах растительных вирусов, у которых при чрезмерном синтезе белка нередко образуются пустые капсиды ё (В. М. Жданов и соавт.).
Установлено, что любой газ легко диффундирует сквозь мембрану в обе стороны. При вакууме газ удаляется из полости пузырька. Постепенное повышение давления воздуха, азота, кислорода, углекислоты, окиси углерода, водорода, аргона и метана приводит к диффузии любого из этих газов в полость пузырька. В естественных условиях в вакуолях содержится воздух, высота давления которого равна 1 атм. Она значительно меньше давлений, действующих на мембрану извне: тургора протоплазмы и сил поверхностного натяжения.
Мембрана жесткая, и внезапное повышение над ней давления до уровня, называемого критическим, вызывает мгновенный коллапс вакуоли, потому что происходит разрыв мембраны между ее ребрами в центре пузырька или у основания концевого конуса. Уровень критического давления зависит от степени адаптированности данного вида водоросли к условиям окружаю- ф щей среды. Виды, обитающие на значительной глубине, имеют газовые вакуоли, устойчивые к давлениям, превосходящим 4,5 атм. Нет более точного метода определения степени адаптированности водоросли к уровням глубин, чем способ установления давления, вызывающего коллапс его газовых вакуолей.
Прочность мембраны зависит от физических и химических факторов, влияющих на конформацию и взаимосвязь ее белковых молекул. Существенно различны физические и химические свойства противоположных поверхностей мембраны — обращенной к протоплазме или к полости пузырька. По данным Marty и соавт., аминокислоты, обращенные к протоплазме, имеют гидрофильные свойства. Они ослабляют давление сил поверхностного натяжения, которое для пузырька такого малого размера превосходит 20 атм. К полости пузырька обращены аминокислоты, имеющие гидрофобные свойства. Они л препятствуют просачиванию в вакуоль воды. Всякие факторы, влияющие * на гидрофильность и гидрофобность белков (хлороформ, pH ниже 4 и выше 10, концентрированные растворы моновалентных катионов и др.), повышают хрупкость мембраны. Но газовые вакуоли галофильных бактерий хорошо адаптированы к насыщенным растворам солей.
К настоящему времени газовые вакуоли известны у видов водорослей и бактерий из ряда родов и семейств, принадлежащих к следующим порядкам: Chroococcales, Nostocales, Pseudomonadales, Chlamidobacteriales, Eubac-teriales, Beggiatoales.
Биологическое значение газовых вакуолей заключается в том, что функции коллапса и формирования этих органелл приводят к резким изменениям удельного веса клеток-хозяев и тем самым вооружают их способностью погружаться на необходимую глубину или всплывать на поверхность водоема. Пузырек формируется путем синтеза белковых субъединиц, вначале ф •складывающихся скоплениями в форму 2 конусов, соприкасающихся осно-
ваниями. Рост пузырька осуществляется так, что новые молекулы белка синтезируются в зоне соприкосновения этих оснований, образуя и постепенно удлиняя цилиндрическую часть пузырька. Коллапс вакуолей вызывает погружение хозяина на глубину, но новое изменение среды стимулирует клетки к формированию новых газовых вакуолей. Этот процесс регенерации осуществляется путем разъединения белковых субъединиц из мембран спавшихся пузырьков и сборки этих молекул в новые пузырьки. Поэтому темпы повторного синтеза органелл ускоряются.
Галофильные бактерии, будучи аэробами, обитают в мелких водоемах в насыщенных растворах солей. Растворимость кислорода воздуха в таких прудах низка. Всплывая на поверхность воды, эти бактерии обеспечивают себе непосредственный контакт с воздухом. При искусственном выращивании они формируют максимальное количество газовых вакуолей к началу стационарной фазы развития культуры. В логарифмическую фазу вакуоли отсутствуют. Нами показано (1938), что в эту фазу размножения аэробных бактерий в питательной среде содержится достаточное количество растворенного кислорода. Бактерии начинают испытывать недостаток его к началу стационарной фазы развития культуры. В соответствии с этими данными Ларсен и соавт. установили, что аэрация культуры галофильной бактерии подавляет формирование ею газовых вакуолей.
Л. А. Сиренко и соавт. обнаружили закономерную суточную миграцию синезеленых водорослей в течение дня и ночи к поверхности воды или в глубокие слои водоема. У некоторых видов синезеленых водорослей газовые вакуоли формируются при изменении в виде концентрации минеральных веществ. Стимулами к «цветению» могут послужить разнообразные факторы: недостаток в кислороде или углекислоте, возмещаемый непосредственным контактом растений с воздухом, недостаточная инсоляция, недостаточная конвекция минеральных веществ и др.
Важно отметить, что чрезмерная инсоляция способна подавить «цветение» и даже убивать синезеленые водоросли. У разных видов чувствительность к свету колеблется в довольно широких пределах. Например, у Anabaena flos-aquae и Oscillatoria redekei, по данным Whitton и соавт., газовые вакуоли особенно обильны в условиях слабой инсоляции. Сильное освещение уменьшает вакуолизацию этих водорослей, потому что интенсификация фотосинтеза приводит к повышению тургора протоплазмы, которое вызывает коллапс вакуолей. Водоросли погружаются и на определенной глубине формируют новые вакуоли.
Растения сами устанавливают глубину воды, в которой интенсивность света не выше необходимой для поддержания процессов ассимиляции на уровне, ограничиваемом другими факторами. Коллапс газовых вакуолей под действием увеличивающегося тургора протоплазмы и последующее формирование новых вакуолей происходят достаточно быстро, чтобы обусловить суточную миграцию растений в течение дня и ночи к поверхности воды или в более глубокие горизонты водоема.
Таким образом, аппарат газовых вакуолей является своеобразной системой органелл, не имеющей других аналогов в биологии. Вакуоли сохраняют уникальные свойства после их выделения из клеток и химической очистки. У бактерий газовые вакуоли изучены хуже, чем у синезеленых водорослей. Vau Ert и Kuentzel полагают, что эти органеллы распространены среди бактерий шире, чем это известно в настоящее время, и что питательные среды, обычно применяемые для их культивирования, непригодны для формирования газовых вакуолей.
Для санитарных врачей и гигиенистов новые данные о значении и свойствах газовых вакуолей синезеленых водорослей и бактерий представляют большой теоретический и практический интерес. Знание роли газовых вакуолей в биологии указанных организмов выдвигает новые представления о механизме «цветения» водоемов, которое, по-видимому, является не столько результатом бурного размножения синезеленых водорослей, сколько след-
з Гигиена и санитария JA И
65
ствием массового всплывания этих растений, выросших в глубине водоема или осевших на дно в сапропелевый ил. Определенные виды синезеленых водорослей обладают выраженным'антагонистическим действием в отношении кишечных патогенных и санитарно-показательных бактерий и, очевидно, обладают активностью в процессах самоочищения водоемов от фекального загрязнения.
Есть достаточно оснований полагать, что газовые вакуоли синезеленых водорослей и водных бактерий играют немаловажную роль в процессах естественного самоочищения водоемов. Дальнейшие исследования в этой области, по-видимому, позволят выявить новые условия, влияющие на отдельные звенья круговорота веществ в воде естественных водоемов и, следовательно, на их санитарное благополучие. В частности, знание свойств газовых вакуолей синезеленых водорослей послужило основанием для предложенного Уалсби метода борьбы с «цветением» водоемов при помощи взрывов в местах забора воды для массового водоснабжения.
ЛИТЕРАТУРА. Сиренко Л. А., Стеценко Н. М., Арендар-ч у к В. В. и др. Микробиология, 1968, т. 37, с. 239. — Bowen С.С., Jensen Т. Е., Science, 1965, v. 147, p. 1460. — Jost M., Jones D. D., Canad. J. Microbiol., 1970, v. 16, p. 159. — К 1 e b a h n H., Flora (Jena), 1895, Bd 80, S. 241. — Kuentzel L. E., J. Water Pollut. Control. Fed., 1969, v. 41, p. 1737. — S t о e с k e n i u s W., Кипа и W. H., J. Cell. Biol., 1968, v. 38, p. 336. — Van E r t M., S t a 1 e y J. Т., Arch. Mikrobiol., 1972, Bd 80, S. 70. — W h i t t о n B. A., Peat A. Ibid., 1969, Bd 68, S. 362.
Поступила 27/111 1973 r.
Дискуссии и отклики читателей
УДК 616-036.3-02:613.832
Канд. мед. наук' С. В. Суворов
К ВОПРОСУ О МЕТОДИКЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПАСНОСТИ АЛЛЕРГЕННЫХ СВОЙСТВ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ1
Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожной гигиены, Москва
Современное научное нормирование содержания химических продуктов во внешней производственной среде базируется на их разносторонней токсиколого-гигиенической оценке. Одной из важных сторон такой оценки является определение опасности сенсибилизирующего свойства веществ. Представляется существенным дальнейшее усовершенствование методов определения сенсибилизирующего действия промышленных химических средств. Заслуживает внимания попытка О. Г. Алексеевой и А. И. Петке-вич создать для промышленной токсикологии надежный, простой и быстрый по исполнению метод определения аллергенных свойств веществ. В поисках «универсальной» методики авторы обратились к внутрикожному введению химических продуктов, считая, что этот метод позволяет определять их аллергическую активность независимо от влияния факторов, связанных с особенностями «входных ворот» аллергена. Наши возражения касаются гигиенической значимости внутрикожного введения аллергенов и возможных преимуществ предложенной схемы перед другими с точки зрения упрощения техники и ускорения времени проведения эксперимента.
1 В связи со статьей О. Г. Алексеевой и А. И. Петкевич «К методике определения аллергенных свойств химических веществ». Гигиена и санитария, 1972, № 3, с. 64.
