CC BY
8УДК 579.266
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СОЛЕЙ КАДМИЯ И МЕДИ НА РОСТ КЛИНИЧЕСКОГО ИЗОЛЯТА ESCHERICHIA COLI, ВЫДЕЛЕННОГО ИЗ МИКРОБИОМА
КИШЕЧНИКА ЛАБОРАТОРНЫХ КРЫС
Вельш Ольга Андреевна, магистрант, направление подготовки 06.04.01 Биология, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: velsh.lelya@mail.ru
Филиппова Ольга Алексеевна, магистрант, направление подготовки 06.04.01 Биология, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: olga.filippova98@mail.ru
Сизенцов Ярослав Алексеевич, студент, специальность 04.05.01 Фундаментальная и приклад-ная химия, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: yasizen@mail.ru
Научный руководитель: Сизенцов Алексей Николаевич, кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры биохимии и микробиологии, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: asizen@mail.ru
Аннотация. В настоящее время в сфере тяжелой промышленности происходит колоссальный выброс соединений различных металлов, например, кадмия и меди. Накопление этих веществ приводит к загрязнению окружающей среды, что сказывается на здоровье людей, животных и других организмов. Так как присутствие избыточного содержания тяжелых металлов в организме людей и животных приводит к развитию заболеваний различных систем органов, актуальность преобретают исследования в области изучения влияния солей ксенобиотических и эссенциальных элементов на бактерии микрофлоры кишечника. Следовательно, нами была поставлена цель: провести сравнительную оценку влияния солей кадмия и меди на представителя микрофлоры кишечника крыс Escherichia coli. В результате проведенного исследования было выяснено, что наибольший ингибирующий эффект на рост исследуемого микроорганизма оказывают соли кадмия, в особенности хлорид кадмия.
Ключевые слова: тяжелые металлы, кадмий, медь, микрофлора кишечника, биотоксичность. Для цитирования: Вельш О. А., Филиппова О. А., Сизенцов Я. А. Сравнительная оценка влияния солей кадмия и меди на рост клинического изолята Escherichia coli, выделенного из микробиома кишечника лабораторных крыс // Шаг в науку. - 2021. - № 1. - С. 18-20.
COMPARATIVE ASSESSMENT OF THE EFFECT OF CADMIUM AND COPPER SALTS ON THE GROWTH OF A CLINICAL ISOLATE OF ESCHERICHIA COLI ISOLATED FROM THE INTESTINAL MICROBIOME OF LABORATORY RATS
Velsh Olga Andreevna, post-graduate student, training program 06.04.01 Biology, Orenburg State University, Orenburg
e-mail: velsh.lelya@mail.ru
Filippova Olga Alekseevna, post-graduate student, training program 06.04.01 Biology, Orenburg State University, Orenburg
e-mail: olga.filippova98@mail.ru
Sizentsov Yaroslav Alekseevich, student, specialty 04.05.01 Fundamental and Applied Chemistry, Oren-burg State University, Orenburg e-mail: yasizen@mail.ru
Research advisor: Sizentsov Alexey Nikolaevich, PhD in Biological Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Biochemistry and Microbiology, Orenburg State University, Orenburg e-mail: asizen@mail.ru
Abstract. At present, in the field of heavy industry, there is a colossal release of compounds of various metals,
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
for example, cadmium and copper. The accumulation of these substances leads to environmental pollution, which affects the health ofpeople, animals and other organisms. Since the presence of an excess content of heavy metals in the body of humans and animals leads to the development of diseases of various organ systems, studies in the field of studying the effect of salts of xenobiotic and essential elements on bacteria of the intestinal microflora are becoming relevant. Consequently, we set a goal: to carry out a comparative assessment of the effect of cadmium and copper salts on a representative of the intestinal microflora of rats Escherichia coli. As a result of the study, it was found that the greatest inhibitory effect on the growth of the studied microorganism is exerted by cadmium salts, in particular cadmium chloride.
Key words: heavy metals, cadmium, copper, intestinal microflora, biotoxicity.
Cite as: Velsh, O. A., Filippova, O. A., Sizentsov, Ya. A. (2021) [Comparative assessment of the effect of cadmium and copper salts on the growth of a clinical isolate of Escherichia coli isolated from the intestinal microbi-ome of laboratory rats]. Shag v nauky [Step into Science]. Vol. 1, pp. 18-20.
Среди всех известных химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева выделяют ксенобиотические и эссенциальные элементы. Под ксенобиотическими элементами понимают тяжелые металлы, оказывающие токсическое воздействие на живые организмы и, собственно, на их среду обитания. К таким металлам относятся: кадмий, свинец, ртуть, мышъяк и другие. Противоположную сторону занимают эссенциальные элементы - это микроэлементы, которые являются биологически значимыми для живого организма. Они выполняют главную роль в поддержании постоянства внутренней среды организма, т. е. гомеостаза. Эссенциальными элементами являются: кобальт, цинк, медь, никель, хром и многие другие.
Тем не менее повышенное содержание как тяжелых, так и эссенциальных металлов в атмосфере, почве, водоемах представляет угрозу для растений, животных, человека и, в том числе для бактерий. Источником загрязнения соединениями меди является выброс металла при высокотемпературных процессах: черной и цветной металлургии, обжиге цементного сырья, сжигании минерального топлива. Мощным источником загрязнения почв медью также могут являться и агротехнические мероприятия, направленные на повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Ионы меди в организм поступают вместе с пищей (яйца, печень, почки, рыба и морепродукты, шпинат, сухие овощи, виноград, грибы, соя) [1, 5]. Физиологическая потребность для взрослого человека составляет 1,0 мг/сутки, а для детей - от 0,5 до 1,0 мг/сутки [6]. Способность меди накапливаться в организме может привести к развитию ряда таких патологических процессов, как: болезнь Альцгеймера, тремор, нарушение речи, психоз, головные боли [3].
Одним из самых токсичных металлов считается кадмий, который используется в металлургической, горнодобывающей и текстильной промышленности. К бытовым источникам кадмия и его соединений относят: неорганические красители; аккумуляторы и резервные батареи; электро- и радиотехнику. Кадмий может поступать в организм через пищевые продукты, такие как: морепродукты (мидии, устри-
цы и морские водоросли - ламинария), злаковые, листовые салаты и грибы [1, 7]. Оптимальная доза поступления кадмия в организм должна составлять 1-5 мкг в сутки [6]. Избыток кадмия в организме может привести к развитию различных заболеваний, например: нарушение функции почек; болезнь Итаи-итаи (наиболее тяжелая форма хронического отравления металлом); остеопороз; деформация скелета; анемия; хронические риниты и фарингиты; нарушения обмена цинка, меди, железа, селена и других микро- и макроэлементов [4].
Так как присутствие избыточного содержания тяжелых металлов в организме людей и животных приводит к развитию заболеваний различных систем органов, одним из направлений исследования является изучение влияния солей ксенобиотических и эссенциальных элементов на бактерии. Следовательно, нами была поставлена цель: провести сравнительную оценку влияния солей кадмия и меди на клинический изолят Escherichia coli , выделенный из структуры микробиома кишечника лабораторных крыс. Исходя из цели, нами были выдвинуты следующие задачи:
1) изучить биотоксичность солей кадмия и меди в отношении штамма изолята Escherichia coli;
2) сравнить уровни биотоксичности ионов кадмия и меди в составе солей с различным анионным компонентом на тест-организм.
В качестве объекта исследования использовались бактерии штамма Escherichia coli, выделенные из кишечника крыс. Регулирующим фактором в эксперименте выступали растворы солей кадмия и меди, которые были получены методом серийных разведений (начальная концентрация 1 моль/л). В ходе изучения биотоксичности металлов использовали метод агаровых лунок, который позволяет качественно оценить степень воздействия солей металлов на исследуемые микроорганизмы [2].
Данные, представленные в таблице 1, указывают на то, что хлорид кадмия ингибирует рост кишечной палочки вплоть до концентрации 0,0312 моль/л. В то время, как CdSO4 и Cd(CH3COO)2 проявляют минимальное подавление в концентрации 0,0625 моль/л. Следовательно, среди исследуемых солей кадмия наибольшей биотоксичностью обладает хлорид кадмия.
Таблица 1. Минимальные подавляющие концентрации солей кадмия, влияющие на рост E. coli
Штамм Соли металлов Концентрация, моль/л
0,25 0,125 0,0625 0,0312 0,0156
E.coli CdSO4 х 8H2O 19,5 ± 0,3 14,9 ± 0,2 10,2 ± 0,2 - -
Cd(CH3COO)2 х 2H2O 16,0 ± 0,2 11,6 ± 0,3 7,9 ± 0,2 - -
CdCl2 х 2H2O 17,0 ± 0,2 10,9 ± 0,2 8,8 ± 0,2 7,2 ± 0,2 -
Исходя из данных таблицы 2, следует, что наибольшим токсическим эффектом обладает хлорид меди, так как зона подавления наблюдается при действии концентрации раствора равной 0,0625 моль/л.
Следовательно, сульфат и ацетат данного металла оказывают менее выраженное воздействие на рост культуры E. coli.
Таблица 2. Минимальные подавляющие концентрации солей меди, влияющие на рост E. coli
Штамм Соли металлов Концентрация, моль/л
0,25 0,125 0,0625 0,0312 0,0156
E.coli CuSO4 х 5H2O 13,5 ± 0,3 11,8 ± 0,3 - - -
Cu(CH3COO)2 х H2O 10,9 ± 0,2 9,0 ± 0,2 - - -
CuCl2 х 2H2O 11,9 ± 0,3 9,3 ± 0,3 6,0 ± 0,3 - -
Проведя сравнительный анализ данных представленных таблиц, можно констатировать, что в отношении представителя нормофлоры кишечника крыс Escherichia coli все используемые соли кадмия подавляют рост бактерий при достаточно низких концентрациях, чем соли меди. К тому же диаметр зон подавления вокруг лунок с растворами солей меди гораздо меньше, чем с соединениями кадмия, что говорит о большей резистентности исследуемого микроорганизма к воздействию ионов меди. Также следует отметить, что оба элемен-
та в составе анионного компонента Cl проявляют большую токсичность к тест-организму.
Вывод
Таким образом, наибольший ингибирующий эффект на рост представителя микрофлоры кишечника Escherichia coli оказывают соли кадмия, в особенности CdCl2 х 2H2O. Данный факт, скорее всего, связан с принадлежностью кадмия к группе высокотоксичных металлов. В то время, как медь является эссенциальным микроэлементом.
Литература
1. Бадман А. Л. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I-IV групп: Справ. изд. / А. Л. Бадман [и др.].- Л.: Химия, 1988. - С. 415-436.
2. Вельш О. А. Сравнительная оценка влияния солей кадмия и свинца на представителя нормофлоры кишечника крыс L. acidophilus // Университетский комплекс, как региональный центр образования, науки и культуры. Всерос. науч.-методич. конф. (Оренбург, 25-27 января, 2021 г.). - Оренбург, 2021. - С. 2683-2686.
3. Войнар А. И. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека / А. И. Вой-нар. - М.: Высшая школа, 1960. - 544 с.
4. Зинина О. Т. Влияние некоторых тяжелых металлов и микроэлементов на биохимические процессы в организме человека / О. Т. Зинина // Избранные вопросы судебно-медицинской экспертизы. - Хабаровск, 2001. - 105 с.
5. Зигель Х. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов / [Ф. Т. Бингам, М. Коста, Э. Эйхенбер-гер и др.]; Ред. Х. Зигель, А. Зигель; Пер. с англ. С. Л. Давыдовой. - М. : Мир, 1993. - 368 с.
6. Методические рекомендации MP 2.3.1.2432-08 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации» (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 18 декабря 2008 г.).
7. Bernhoft R. A. Cadmium toxicity and treatment / R. A. Bernhoft // The Scientific World Journal, 2013.
Статья поступила в редакцию: 24.02.2021; принята в печать: 22.03.2021.
Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
