CC BY
19
ВЛИЯНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД НА ПРОЦЕССЫ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ
Р.Р. Фархутдинов, И.В. Петрова, К.С. Мочалов, Д.Р. Гизатуллина, К.О. Эксакустиди, А.А. Алимгулова
ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, Уфа, Россия
Abstract
The influence of nutrient mediums used for culturing microorganisms, cells and tissues was investigated on the processes of free radical oxidation (FRO) - the generation of reactive oxygen species (ROS) and lipid peroxidation (LPO) in model systems, and the formation of free radicals (FR) in the blood during phagocytosis. Iggle, Hepes, Henks, Dulbecco, Versena, Iggle MEM and 199 nutrient mediums were used. The nutrient mediums were added into the model systems and by the accompanying the processes of oxidation chemiluminescence (ChL) intensity FR occurrence were determined. To investigate the effect of nutrient mediums on the generation of FR by phagocytes, blood was incubated with the mediums. Oxygen explosion in phagocytes was stimulated by the addition of zymosan. Obtained data show that the nutrient mediums can influence on FRO processes in model systems and modified the production of FR by phagocytes. The ability to generate different types of FR, with high redox potential, reflects the condition and functionality of phagocytic immunity. The content of the FR is able to influence the processes of biological growth and development. Study of the influence of nutrient mediums and their components upon the FRO can help to create new mediums for the cultivation of microorganisms, cells and tissues and increase the effectiveness of maintaining their viability.
Key words: nutrient mediums, free radical oxidation, chemiluminescence
Влияние питательных сред, используемых для культивирования микроорганизмов, клеток и тканей, было исследовано на процессы свободнорадикального окисления (СРО) - генерацию активных форм кислорода (АФК) и перекисное окисление липидов (ПОЛ) в модельных системах, на образование свободных радикалов (СР) в крови при фагоцитозе. В работе использованы среды Игла, Хепеса, Хенкса, Дульбекко, Версена, Игла МЕМ и 199. Питательные среды добавляли в модельные системы и по изменению сопровождающей процессы окисления хемилюминесценции (ХЛ) судили об интенсивности образования СР. Для исследования влияния питательных сред на генерацию СР фагоцитами кровь инкубировали со средой. Кислородный взрыв в фагоцитах стимулировали добавлением зимозана. Полученные данные свидетельствуют о том, что питательные среды могут влиять на процессы СРО в модельных системах и модифицировать выработку СР в фагоцитах. Способность к генерации различных видов СР, обладающих высоким окислительно-
восстановительным потенциалом отражает состояние и функциональные возможности фагоцитарного звена иммунитета. Содержание СР способно влиять и на процессы роста и развития биологических объектов. Изучение влияния питательных сред и их составных компонентов на СРО может помочь создавать новые среды для культивирования микроорганизмов, клеток и тканей, повысить эффективность поддержания их жизнеспособности.
Ключевые слова: питательные среды, свободнорадикальное окисление, хемилюминесценция
Для стимуляции роста и размножения микроорганизмов, клеток, тканей широко используются различные питательные среды, отличающиеся по своему назначению, физико-химическим свойствам и т.д. [4]. Известно, что в процессе жизнедеятельности постоянно образуются сверх активные частицы - свободные радикалы, в частности, активные формы кислорода, хлора, азота, перекисные и другие высокореакционные соединения [1, 3]. Сободнорадикальное окисление участвует во многих жизненно важных процессах, а его нарушение сопровождается оксидативным стрессом, ведет к повреждению биологически активных молекул белков, нуклеиновых кислот, липидов, структуры и функции биологических мембран [1, 3].
Особое значение свободнорадикальное окисление имеет при фагоцитозе. Воздействие на поверхностные рецепторы или непосредственно на внешнюю цитоплазматическую мембрану фагоцита стимулирует мембранные оксидазы, катализирующие перенос электронов с НАДФН2 на молекулярный кислород. Поставщиком необходимой энергии служит окисление глюкозы через глюкозо-монофосфатный шунт (дыхательный взрыв). При этом появляются активные формы кислорода - супероксидный анион радикал, гидроксильный радикал, синглетная форма кислорода, перекись водорода. Под влиянием фермента миелопероксидазы образуется гипохлорит, который дает начало окисленным галогенам, обладающим мощным микробицидным действием. Возможно появление активных форм кислорода и при участии фосфолипазы, активирующей биосинтез арахидоновой кислоты и целого комплекса других биологически активных соединений - лейкотриенов, простагландинов, тромбоксанов. Фагоциты способны так же вырабатывать и окислы азота. Сырьем для этого служит аминокислота аргинин. Без преувеличения можно сказать, что способность к генерации различных видов свободных радикалов, обладающих высоким окислительно-восстановительным потенциалом, обеспечивает реализацию антибактериальных, антипаразитарных и противоопухолевых функций фагоцитирующих клеток, отражает состояние и функциональные возможности фагоцитарного звена иммунитета.
Содержание свободных радикалов в окружающей среде способно влиять и на процессы роста и развития биологических объектов. Известно, что продукты окисления тормозят клеточное деление, в то время как повышение антиоксидантной активности стимулирует их размножение [2].
Цель исследования: изучить влияние различных питательных сред на процессы свободнорадикального окисления в модельных системах и образование свободных радикалов при фагоцитозе.
Материалы и методы исследования В качестве материала исследования использованы традиционно используемые среды: Игла, Хепеса, Хенкса, Дульбекко, Версена, Игла МЕМ и среда 199, которые добавляли в модельные системы, в которых инициировали генерацию активных форм кислорода и перекисное окисление липидов [5], имитирующие наиболее распространенные реакции свободнорадикального окисления, протекающие в организме.
Об интенсивности образования радикалов судили по сопровождающей процессы окисления хемилюминесценции, которую регистрировали на приборе «ХЛМ-003». Для исследования влияния питательных сред на генерацию радикалов фагоцитами гепаринизированную кровь инкубировали со средой. Кислородный взрыв в фагоцитах стимулировали добавлением зимозана. Интенсивность образования радикалов определяли по уровню люминолзависимой хемилюминесценции.
Статистическую обработку результатов проводили, используя пакет программ «Statistica for Windows (release 5.0)». За основу взят t - критерий Стьюдента. Достоверными считали различия при р<0,01.
Результаты исследования Высокой способностью подавлять генерацию активных форм кислорода в модельной системе обладали среды Хепес, Версена, Игла МЕМ и Дульбекко. Среда 199, Хепес, Версена и Хенкса в большей степени угнетали процессы перекисного окисления липидов.
Среда 199 и Хепеса подавляли как спонтанную, так и стимулированную зимозаном генерацию активных форм кислорода. Среды Игла и Хенкса, наоборот, стимулировали образование свободных радикалов в крови. Предварительная инкубация крови в средах Версена, Игла МЕМ увеличивали продукцию радикалов на добавление зимозана. Среда Дульбекко увеличивала спонтанную продукцию радикалов в крови, но снижала ответную реакцию на индукцию зимозаном. Максимальное подавляющие действие на генерацию свободных радикалов в крови выявлено у среды Хепес.
Заключение
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что питательные среды могут влиять на процессы свободнорадикального окисления в модельных системах и модифицировать выработку свободных радикалов в фагоцитах, их микробицидность.
Изучение влияния питательных сред и их составных компонентов на процессы свободнорадикального окисления может помочь создавать новые питательные среды с заранее заданными про- и антиоксидантными свойствами, для культивирования микроорганизмов, клеток и тканей, повысить эффективность поддержания их жизнеспособности.
Список литературы
1. Владимиров Ю.А., Потапенко А.Я. Физико-химические основы фотобиологических процессов. М.: Дрофа, 2006. 50 с.
2. Еропкин М. Ю., Еропкина Е. М. Культура клеток как модельная система исследования токсичности и скрининга цитопротекторных препаратов / СПб.: МОРСАР, 2003. 240 с.
3. Менщикова Е.Б., Зенков Н.К., Ланкин В.З. и др. Окислительный стресс. Патологические состояния и заболевания. Новосибирск: АРТА, 2008. 376 с.
4. Поляк М.С., Сухаревич В.И., Сухаревич М.Э. Питательные среды для медицинской микробиологии. СПб., 2002.
5. Фархутдинов Р.Р., Тевдорадзе С.И. Методики исследования хемилюминесценции биологического материала на хемилюминомере ХЛ-003 // Методы оценки антиоксидантной активности биологически активных веществ. М., РУДН. 2005. С.147-154.
