Костина Н.В., Хмелевцова Л.Е., Хаммами И.Х., Трубник Р.Г., Майоров Е.Л., Сазыкин И.С., Сазыкина М.А.

Южный Федеральный Университет, Ростов-на-Дону

kostina@sfedu.ru

Исследование динамики загрязнения воздуха г. Ростова-на-Дону генотоксичными веществами c использованием биолюминесцентных сенсоров

В настоящее время загрязнение окружающей среды превратилось в сложную и многоаспектную проблему, частью которой стало загрязнение атмосферного воздуха урбанизированных территорий. Её первостепенное значение определяется тем, что чистота воздуха – фактор, непосредственно влияющий на здоровье населения. Атмосфера оказывает интенсивное влияние на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Главный объект, по которому оценивается загрязнение атмосферы - приземный слой воздуха.

Подавляющее большинство городов и пригородных районов подвергаются воздействию факторов, которые ухудшают качество воздуха, и он не соответствует стандартам, установленным ВОЗ Преобладающее количество загрязняющих веществ приходится на оксид углерода, оксиды азота, формальдегид, сернистый ангидрид, углеводороды.

Эффективная защита окружающей среды от различных загрязнений невозможна без получения достоверной информации о степени ее загрязнения. Большая часть загрязняющих веществ, в связи с отсутствием оборудования, методик и стандартов, аналитически не определяется. Обилие химических соединений, которые, по мере их появления, необходимо проверить на биологическую активность, обуславливает разработку простых, надежных, обладающих большими возможностями и коротким временем тестирования методов.

Одним из перспективных направлений решения данной проблемы является применение биологических методов анализа.

Только методы биотестирования позволяют получить интегральную токсикологическую характеристику компонентов природных сред независимо от состава загрязняющих веществ. В связи с этим, указанные методы приобретают все большую популярность и внедряются повсеместно.

Среди разрабатываемых в настоящее время методов биотестирования особое место занимают методы оценки токсичности по изменению люминесценции светящихся бактерий.

Простота измерения люминесценции, экспрессность метода, возможность автоматизации измерений и статистической обработки данных обеспечивают светящимся бактериям несомненное преимущество по сравнению с другими биологическими тестами.

Основной задачей наших исследований была практическая апробация люминесцентных биосенсоров с целью первичного скрининга проб приземного слоя атмосферного воздуха г. Ростова-на-Дону в течение длительного периода времени.

Для оценки генотоксичности приземного слоя атмосферного воздуха г. Ростова-на-Дону использована серия бактериальных lux-биосенсоров: Е. coli С600 (pPBA-5), E.coli MG1655 (pXen7), E. coli MG1655 (pRecA-lux), E. coli MG1655 (pColD-lux). Результаты тестирования позволили показать динамику увеличения содержания генотоксикантов в пробах воздуха г. Ростова-на-Дону.

Анализ экстрактов воздушных фильтров с биосенсорным штаммом Vibrio aquamarinus sp. nov. VNB 15 ВКПМ В-11245 показал, что при степени разведения воздушных фильтров в 1000 раз во всех экстрактах воздушных фильтров регистрируется допустимый уровень токсичности, при котором исключается возможность полного или частичного подавления люциферазы lux-штаммов высокими концентрациями токсинов, присутствующих в экстрактах.

Результаты генотоксичности атмосферного воздуха г. Ростова-на-Дону, отобранного в течение 2001-2010 гг., полученные при помощи комплекса биосенсорных штаммов E. coli MG1655 (pRecA-lux) и E. coli MG1655 (pColD-lux) показали, что наличие прямых мутагенов не зарегистрировал ни один биосенсор.

Биосенсор Е. coli MG1655 (pRecA-lux) зарегистрировал наличие промутагенов в образцах экстрактов воздуха, отобранного в 2005–2010 гг. При этом в период с 2005 по 2007 гг. и в 2010 г. зарегистрированы факторы индукции слабой силы (1,74; 1.83; 1,88 и 1,68 ед., соответственно). Максимальный фактор индукции средней силы зафиксирован в пробах воздуха 2008 и 2009 гг.

Биосенсорный штамм E. coli MG1655 (pRecA-lux) показал тенденцию возрастания генотоксичности в период 2005-2009 гг. В 2010 г. зарегистрировано ее снижение до уровня 2005 г.

Биосенсорный штамм E. coli MG1655 (pColD-lux) позволил зарегистрировать увеличение значений токсичности в период с 2001 по 2008 гг. (рис. 2). В течение 2001-2004 гг. значения фактора индукции генотоксичности варьировали от 1,67 до 2,0 ед. В период с 2005 г по 2008 г. были отмечены наиболее высокие значения генотоксичности. Величина факторов индукции, как и в случае тестирования со штаммом E. coli MG1655 (pRecA-lux), была средней величины, и варьировала от 2,23 до 3,05 ед.

Таким образом, полученные данные позволили выявить временную динамику загрязнения воздуха генотоксичными веществами преимущественно промутагенной природы.

Тенденция возрастания генотоксичности зарегистрирована в течение 2001-2009 гг. Максимальные генотоксичные эффекты были обнаружены в пробах воздуха, отобранных в 2007-2009 гг.

Исследование выполнено в рамках проекта №213.01-2014/007 базовой части внутреннего гранта ЮФУ.