Характерная особенность инфузорий - относительно быстрая изменчивость, которая позволяет им адаптироваться к самым разным условиям. Инфузории живут и в тундровых озерах, и в тропиках, и даже в горячих источниках с температурой до 50 °С. Они приспосабливаются и к разному минеральному и органическому составу среды, а также к присутствию растворенных газов (Chaucheyras-Durand, F., Durand, Н., 2010;, Hong, S.H., et al., 2004). Например, Paramecium caudatum может жить как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Эту высокую адаптивную способность обеспечивает колоссальное количество генов, большинство которых в повседневной жизни инфузориям не нужны, но включаются, когда условия меняются. По мере того как простейшие адаптируются к условиям среды, перестраиваются все их жизненные функции, изменяются скорость движения, темп размножения и способность поглощать пищу, а также форма и размеры тела. Но если среда не меняется, то свойства инфузорий остаются стабильными, это и позволяет использовать их как тесты. Конечно, это относится только к инфузориям, культивируемым в лабораторных условиях (Guan, L.L., et al., 2008; Hess,M., et al., 2011; Wang, Y., et al., 1998; Weimer, P.J., et al., 2008; Weinberg, 2. G., et al., 2004; Weinberg, 7. G., et al., 2003; Weinberg, 2. G., et al., 2007; Whitford, М.Е., et al., 2001).
В биотестах на инфузориях проще всего фиксировать изменение подвижности, гибель и скорость размножения. Например, можно смотреть изменение подвижности от 15 до 30 мин; гибель отдельных клеток от | до 4 часов; снижение скорости размножения от 1 до 3 суток; гибель популяции от 4 до 30 суток. Наблюдать за изменением подвижности недостаточно для оценки токсичности (Berg МШег,М.Е., et al., 2012; Chang, L., et al., 2011). Поскольку на движение у простейших расходуется всего 1 % энергии общего обмена, то подвижность только незначительно отражает те изменения, которые происходят при отравлении токсичными агентами. Гибель отдельных клеток — достаточно надежный показатель, но с его помощью невозможно выявить низкие концентрации токсикантов. Оценка скорости размножения — биотест с большей чувствительностью, по пему можно определять и небольшие концентрации вредных веществ. Если сочетать все тесты, то результат получается надежный (McSweeney, С.5., et al., 2009; Or-Rashid, М. M., et al., 2001; Williams, P. P., et al., 1971; Williams, Y.J., et al., 2009; 216- Williams, У.1., et al., 2008). Бактерии — прокариотические организмы, отстоящие от человека в эволюционном ряду дальше, чем эукариоты — инфузории, хороши там, где присутствующий при анализах чистый образец, реакцию на который принимают за точку отсчета при исследовании неизвестного образца (Castillo, АВ, et al, 2000; O'Sullivan, С. A. Et al, 2007; Wilson, РВ. 2011; World Health Organisation,2006; Yang, С. 2003; M., 2002;Wright,Yu, A-D., С. W.,et al.,et al., 2004; 2010; Wright, D.Yu, P., etЕ., al., 1971,2002). Yan, Т., et al.,
Биотесты с использованием живых бактерий отличаются от современных биотестов, использующих инфузории, дафнии, водоросли, рыб, лишь тем, что в качестве параметра жизнедеятельности измеряется биолюминесценция.
Биотесты на светящихся бактериях дают количественную меру токсичности и часто превосходят известные биотесты по быстродействию, точности, чувствительности и простоте, позволяют контролировать одновременно значительное число токсикантов (Dschaak, С. М., et al, 2011; Gill, Н.5., et al, 2000). В таблице 1 представлены все известные к настоящему времени биотесты на светящихся бактериях.
| Таблица 1 — Бактериальные | биолюминесцентные биотесты |
|---|---|
| Биотест | Действующие вещества. |
| Загрязнение пищевых продуктов микотоксинами (7,53-31,79 мкг/мл | |Рубратоксин В, зеараленон, пенициллин, | патулин, цитринин, охратоксин A, РР- |TOKCHH, афлатоксин В1 |
| Присутствие B среде антибиотиков (0,2 мкг/мл) | |Тетрациклин, хлорамфеникол, стрептомицин, неомицин, гентамицин, канамицин |
| Токсичность сточных вод и| водной среды | Ароматические углеводороды, дыхательные яды, фенольные соединения и продукты их деструкции, сульфатный лигнин, окрашенные фракции стоков, фенолоксидазы, детергенты, пестициды, тяжелые металлы, кобальт, отходы производства стабилизаторов |
| Токсичность в воздушной среде (компоненты ракетного топлива) | |Диметилгидразин, альдегиды, спирты, |ацетон, НСМ, SQ, , H2S, Ch, продукты облучения смеси NO и цис-2-бутена |
| `Монурон, диурон, нефурон, атразин | |
| Определение бактерицидной активности в сыворотке человека. | |Иммуноглобулины, комплементы |
| Модельное изучение влияния | |Температура, давление, лекарственные |
| POT aa in физических | | препараты, аи (галотан), |
| факторов | глицерин, сахароза |
| сланцев | |
| : | |
| not“aae Ral a | aie lee a трата: |
| pe SEA aa AIL S08 a JTL nt лы SOT р | TGC рии, анализируемых р анеществ, |
| установление связи между характеристиками токсичности среды. | параметрами свечения и количественными |
Каждый из этапов имеет свои особенности, связанные с тем, какая культура бактерий используется для анализа. Поэтому все известные к настоящему времени биотесты удобно классифицировать по способу приготовления тестовой культуры (периодической или непериодической) или реагентов на основе бактерий (Kingston-Smith, А.Н., et al, 2005; Ohene-Adjei, S., et al, 2008; Yu, P., et al, 2003; Zang, С. L., et al, 2010; Zhao, Т., et al 2000; Zhou, М., etal, 2011). Чувствительность светящихся бактерийк различным вешествам зависит от многих факторов, и, прежде всего, от штамма и условий культивирования бактерий (состава питательной среды, рН среды, фазы роста бактерий и т.д.) (Guenoune, D., et al, 2002; McSweeney, C.S., et al, 2006; Zhou, M., et al, 2009). Было показано, что наиболыпая чувствительность к аминазину (0,25 MM) достигается при использовании для анализа Р. phosphoreum в конце экспоненциальной фазы роста и Р. fisheri в начале экспоненциальной и в стационарной фазах роста на полусинтетической средес пептоном, глицерином и концентрациейОписанные МаСТ— 50 г/л, pH 8,0. в литературе методы тестирования ксенобиотиков отличаются лишь небольшими модификациями. Например, в значительных пределах может меняться количество клеток, взятых для анализа, или объем анализируемой пробы. Однако в силу относительности измерений такие модификации не влияют существенно на последовательность проводимых операций (Calsamiglia S., et al, 2007; Edwards, J.E., et al, 2008; Zoetendal, E.G., et al, 2003) Все тесты с использовапием периодической культуры сходны между собой — сравнивается свечение бактерий в контроле и в присутствии анализируемых веществ или их смесей. При создании тест-системы Ha основе светящихся бактерий часто возникает задача повышения чувствительности бактериальных клеток к низким концентрациям тестируемых соединений (Lodge-Ivey, S.L., et al, 2005; Molan, ALL., et al, 2001; Moss, А.В. et al, 2000; Zoetendal, E.G., et al, 2008). Этого можно достичь изменением условий культивирования, способа обработки токсикантом, использования специфических чувствительных мутантных штаммов. Все эти подходы были использованы при создании тест-системы на различные фенолы и их производные, сульфопроизводные янтарной кислоты и гексахлоранциклогексана (ГХЦГ) (Chaucheyras-Durand, Е. et al, 2010; Ни, Z. Н. and Yu, Н. Q, 2006; Ley, В.Е., et al, 2008; Георгиевский, В. И.. 1990). Для выяснения механизма их действия на люминесцентную систему необходимо иметь представление и о влиянии этих веществ на жизнеспособность клеток и сохранность их структур. В ряде экспериментов изучали действие на ультраструктуру и выживаемоеть Р. Ieiognathi и У. harveyi после обработки клеток гидрохиноном, п-бензохиноном, резорцином, пирокатехином.хлоридами кадмия и ртути, взятыми в концентрациях, которые вызывают 50 % тушение люминесценции. Более специфическое действие на люминесцентную систему оказывают п-бензохинон и гидрохинон, не вызывая грубых структурных
