Токсикометрия нефтезагрязнений с использованием микроорганизмов

В отличие от биомаркеров, биоиндикаторы не могут мгновенно реагировать на изменение экологических условий, т.к. их индикаторными свойствами являются популяционные процессы и процессы в сообществе в целом. Основным преимуществом биоиндикаторов перед биомаркерами является тот факт, что далеко не всегда кратковременное изменение условий, на которое реагирует биомаркеры, приводит к негативным измен

ениям в популяциях, сообществах и экосистемах.

Количественные меры токсичности веществ для живых организмов- это показатели острой токсичности NOEC, LC0, LC50, LC100, устанавливаемые для «чистого» вещества при его лабораторном исследовании. Показатели не имеет универсального значения и устанавливается для каждого тест-объекта индивидуально. NOEC - no observed effect concentration – максимально недействующая концентрация вещества; LC0 - минимальный порог чувствительности, при котором отмечаются специфические тест-реакции или смертность тест-объектов; LC50 - стандартная мера токсичности вещества, показывающая, какая концентрация вещества вызывает гибель 50% тест-организмов за установленное время (24, 48 или 96 ч);LC100 – высший смертельный порог для всех животных или тест-культуры водорослей, использованных в опыте.

Биотестирование, как правило, используют до химического анализа, т.к. этот метод позволяет провести экспресс-оценку природной среды и выявить «горячие точки», указывающие на наиболее загрязненные участки акватории (территории, полигона). На участках, где методами биотестирования выявлены какие-либо отклонения, и исследуемая среда характеризуется как токсичная, аналитическим путем необходимо установить причины этого явления.

Существует два методических подхода для определения токсичности почв. Для экспресс-диагностики используют водные экстракты, содержащих водорастворимые фракции почв. В этом случае биотестирование выполняют на традиционных для водной токсикологии тест-объектах – ракообразных, инфузориях, водорослях. При необходимости исследовать фитотоксические свойства почв в качестве тест-объектов используют семена культурных растений – овса, кресс-салата и др. В этом случае показателями токсичности служат энергия прорастания семян, морфометрические характеристики листа и др.

Загрязнение окружающей среды нефтепродуктами может быть охарактеризовано по их содержанию в тканях живых организмов. Так, в тканях рыб и моллюсков из Северной Балтики (Финский архипелаг) определяли алифатические и ароматические углеводороды (Paasivirta et al., 1981).

Хромато-масс-спектрометрический анализ тканей мидий, выловленных в районе Севастопольской бухты, показал наличие насыщенных и ароматических углеводородов, состав которых соответствовал деградировавшим нефтепродуктам в интервале температур кипения дизельного топлива (Савчук, 1995).

1.4 Использование микроорганизмов в токсикометрии

Использование в качестве аналитических индикаторов микроорганизмов нередко является единственно надежным методом определения малых количеств веществ, так как основано на прямом воздействии химического вещества на живую клетку. Ответная реакция микробной культуры на изменение состава среды представляет собой среднее из показателей миллионов отдельных организмов, что обеспечивает наиболее объективные и достоверные результаты.

Однако микробиологические методы недостаточно разработаны как методически, так и в плане инструментального обеспечения. Растущие масштабы их применения для решения разнообразных аналитических задач в медицине, экологии, в фармацевтической, пищевой и парфюмерной промышленности, а также в системе лабораторий, контролирующих качество природных и сточных вод (Nicolas, 1966; Koch et al., 1964; Kavanagh, 1963; Brown et al., 1976) требуют современного аппаратурного оснащения и автоматизации. В связи с этим интересно рассмотреть индикаторные свойства микроорганизмов с точки зрения способов трансформации их в аналитический сигнал, регистрируемы и с привлечением технических средств.

Под действием химических веществ различных концентраций могут изменяться морфологические, культуральные и физиолого-биохимические свойства микроорганизмов. Например, в присутствии сублетальных концентраций катионов тяжелых металлов изменяются почти все перечисленные свойства микробных клеток, их форма, размеры, ослабляются ростовые процессы, понижается ферментативная активность, интенсивность дыхания (Сенцова и др.,1985). Под действием Ni2+ на морскую бактерию Artrobacter тariпиs значительно увеличиваются размеры клеток: при концентрации Ni2+4*10-4 моль объем их за 4.5 ч возрастает в 250 раз (Gobet et al., 1970). В процессе роста бактерий и дрожжей на среде, содержащей медь, размеры клеток уменьшаются (Авакян, 1973). В присутствии комплексных ионов платины клетки Е. coli приобретают нитевидную форму (Rosenberg et al.,1967).

Многие токсические вещества вызывают появление у бактерий слизистой капсулы, предохраняющей клетку от гибели. Под действием фенола, этилового спирта утрачивается подвижность клеток бактерий рода Proteus (Нестерова, 1972). Регистрируют морфологические изменения путем микроскопирования препаратов живых или фиксированных клеток с помощью электронного микроскопа. Предложено также дополнительное устройство, содержащее ряд камер и позволяющее наблюдать за развитием микроорганизмов в проточных питательных средах высокоапертурными объективами микроскопов (Гашинский, 1973).

Способы регистрации информации, получаемой с помощью микробиологических методов многообразны. Они включают визуальные, приборные и математические методы. На визуальной оценке результатов основаны полуколичественные методы определения антибиотиков (Сиволодский, 1974), латекса трибутилоловосодержащего сополимера АБП-10П, метода оценки токсичности сточных вод. Полуколичественный метод определения оловоорганического соединения АБП-10П разработан учеными (Туманов и др., 1998) на основе регистрации ростовых реакций трех различных по чувствительности штаммов бактерий B. laterosporus, B. pumilis 732 и Sarcina lutea (Туманов и др., 1988). Он позволяет определять нерастворимые в воде соединения (без предварительного их разложения) в диапазоне концентраций 2-40 мкг/мл. Метод оценки токсичности сточных вод (Павленко и др., 1988) с использованием условно прототрофного штамма Saccharomyces cerevisiae дает возможность количественно характеризовать токсико-генетическое действие промышленных сточных вод путем регистрации цитостатического и летального эффектов.

При качественном обнаружении и количественном определении биологически активных веществ часто принимают во внимание зависимость культуральных свойств микроорганизмов от химического состава среды. К ним относятся различные ростовые реакции: стимуляция или ингибирование роста в зависимости от концентрации определяемого вещества и связанные с ними изменения численности клеток, продолжительности отдельных фаз роста, динамики накопления биомассы, размеров бактериальных колоний, характера их поверхности и пигментации (Рубенчик, 1972; Глухова, 1980).

Наиболее простым и широко распространённым способом регистрации ростовых реакций микробных культур является измерение диаметра и площади зон угнетения или стимуляции роста бактерий при выращивании их на плотных средах. Этот принцип положен в основу методов определения многих антибиотиков и витаминов (Егоров, 1965). Он реализован при разработке метода определения трилана (4,5,6-трихлорбензоксизалинона-2), используемого для защиты бумаги и изделий из нее от биоповреждений (Туманов и др., 1982). В качестве аналитического сигнала использована ростовая реакция бактерий Bacillus mesentericus 5 Trevisan, характеризующихся повышенной чувствительностью к трилану и устойчивостью в щелочной среде. Диаметр зоны угнетения роста тест-культуры в растворе 0,1 М КОН пропорционален логарифму концентрации указанного соединения. Предложенный способ позволяет определить трилан в диапазоне концентраций от 5 до 100 мкг в 0,1 мл раствора, а также в бумаге.

 Скачать реферат