Авторы:

Сазыкина М.А., Новикова Е.М., Кхатаб З.С., Сазыкин И.С., Омельченко Г.В., Сазыкина М.И.

Научно-исследовательский институт биологии Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону)

Эта статья опубликована сборнике научных трудов "Проблемы и перспективы современной науки" с материалами Четвертой Международной Телеконференции "Фундаментальные науки и практика" - Том 3 - №1. - Томск - 2011.

В настоящее время на территории Ростовской области практически не осталось земель, которые не испытывали бы антропогенное воздействие. В основном это земли сельскохозяйственного или промышленного назначения, с высокой плотностью населенных пунктов [Экологический вестник, 2010]. Сократились площади наиболее ценных почв, уменьшился уровень плодородия всего почвенного покрова.

В связи с этим задачей нашей работы было изучение генотоксичности почв  городов Ростовской области при помощи люминесцентных биосенсоров.

Материалы и методы исследований

Материалом проведенных исследований служили образцы почв, отобранные в городах Ростовской области в сентябре 2010 г. и  г. Ростове-на-Дону в октябре 2010 г.

В качестве тест-системы была использована модификация SOS-lux теста [Сазыкина и др., 2002]. Использовали штамм E. coli С600, трансформированный плазмидой pPLS-1, в которой оперон биолюминесценции находится под контролем SOS-промотора - С600[pPLS-1]. Для контроля генотоксичности также использовался биосенсор E. coli AB1157 (pRecA-lux),  любезно предоставленный И.В. Мануховым (ФГУП «ГосНИИГенетика»).

Бактерии растили в бульоне Луриа-Бертани (LB), содержащем 100 мкг/мл ампициллина с аэрацией при 30^оC. Ночную культуру разводили до концентрации 10⁷ клеток/мл в свежем LB и растили при 30^оC два часа. Культуры по 190 мкл переносили в лунки 96-луночного планшета, часть из которых служила контролем (в них добавляли 10 мкл 1 % раствора TWEEN-80 в 96 % этаноле); в другие лунки вносили по 10 мкл исследуемого экстракта почв. При использовании метаболической активации в лунки вносилось по 180 мкл культуры, 10 мкл активирующей смеси и 10 мкл экстракта почв (в случае контроля - 1 % раствора TWEEN-80 в 96 % этаноле).

Измерение люминесценции проводилось на микропланшетном люминометре LM–01T (Immunotech). Мерой загрязнения служил фактор индукции. Степень индукции (фактор индукции) определяли как отношение интенсивности свечения cуспензии штамма, содержащей тестируемое соединение (Lc), к интенсивности свечения контрольной суспензии штамма (Lk):

I=Lc/Lk

где l_c - интенсивность свечения суспензии lux-штамма в присутствии тестируемого соединения; l_k -  интенсивность свечения контрольной суспензии.

Достоверность отличия биолюминесценции в опыте от контрольной величины оценивали по t-критерию [Лакин, 1990]. Вывод о генотоксичности пробы делали при р<0,05. Если при достоверном отличии опыта от контроля значения фактора индукции были меньше 2, обнаруженный генотоксический эффект  оценивали как «слабый»; если они лежали в диапазоне от 2 до 10 - как «средний», а при превышении 10 -  как «сильный». Все эксперименты проводили в трех-пяти  независимых повторностях.

Результаты и их обсуждение

Полученные данные представлены в таблице.

Биосенсоры на генотоксичность показали наличие прямых мутагенов во всех исследованных пробах почвы, причем был зафиксирован генотоксический эффект средней силы. Наличие веществ промутагенной природы удалось зафиксировать в пробах № 1, 2, 4, 5, используя Е. coli С600 (pPLS-1).

Без применения метаболической активации мутагены выявлены с помощью обоих lux-штаммов во всех исследованных пробах. В экстрактах почв № 2, 4 и 7 зарегистрированы самые большие величины генотоксических эффектов. Тестирование с биосенсором E. coli AB1157 (pRecA-lux) позволило обнаружить наиболее высокие генотоксичные эффекты. Присутствие генотоксинов можно объяснить высокой концентрацией промышленных предприятий в данных районах.

Так, город Новочеркасск является одним из наиболее крупных индустриальных центров Ростовской области и одним из наиболее неблагополучных в экологическом отношении городов области и Юга России. Здесь преобладают предприятия химической, энергетической, машиностроительной и строительной промышленности.

В г. Новошахтинск и г. Шахты постоянными экологически опасными объектами загрязнения окружающей среды являются расположенные на территории города породные отвалы (терриконы) угольных шахт. Негорящие породные отвалы выделяют пылевые твердые частицы (зола). Горящие отвалы выбрасывают оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, сероводород и другие вредные загрязнители.

Таблица – Индукция биолюминесценции биосенсорами Е. coliС600(pPLS-1), E. coli AB1157(pRecA-lux) образцами почв городов Ростовской области

* – отличия от контроля статистически значимы, t-критерий,  р<0,05

В г. Волгодонске основными источниками загрязнения окружающей среды являются такие отрасли промышленности, как химическая, электроэнергетическая, деревообрабатывающая, пищевая, автотранспортный комплекс. Город Ростов-на-Дону – мощный индустриальный центр, где расположены сотни промышленных предприятий. Обе пробы его почв, особенно в районе ТЭЦ, показали высокий уровень генотоксичности. Известно, что энергетика является одной из самых загрязняющих отраслей народного хозяйства, а ТЭЦ – главными загрязнителями атмосферы твёрдыми частицами золы, окислами серы азота, др. веществами.

Таким образом,  ДНК-тропные вещества обнаружены во всех пробах почв, при этом зарегистрирован как слабый, так и средний генотоксический эффект.

Литература

1.    Лакин Г.Ф.  Биометрия. — М.: Высшая школа, 1990. — 352 с.

2.    Сазыкина М.А., Чистяков В.А., Войнова Н.В. Способ определения генотоксичности химических веществ. Патент РФ № 2179581. 2002.

3.    Экологический вестник Дона «О состоянии окружающей среды и природных ресурсов Ростовской области в 2009 году» / Под ред. Назарова С.М., Скрипки Г.И., Паращенко М.В. — Ростов н/Д: «Синтез технологий», 2010. — 372 c.