Метал-депонувальна функція металотіонеїнів беззубки Anodonta anatina (Linnaeus, 1758) за впливу на організм іонізуючої радіації

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стаття

на тему: Метал-депонувальна функція металотіонеїнів беззубки Anodonta anatina (Linnaeus, 1758) за впливу на організм іонізуючої радіації

Виконав:

І.В. Юрчак

Проведено дослідження розподілу металів (Zn, Cu, Cd) у тканинах травної залози та зябер молюсків беззубки Anodonta anatirn за участі металотіонеїнів (МТ) за впливу малої дози (2 мГр) іонізуючої радіації на організм. Встановлено, що у тканині травної залози опромінених молюсків істотно зростає вміст Zn та зменшується вміст Cu та Cd, а Zn-депонувальна здатність МТ зменшується. Профіль елюції МТ зазнає змін у обох досліджених тканинах.

Ключові слова: металотіонеїни; двостулкові молюски; іонізуюча радіація

Проведено исследование распределения металлов (Zn, Cu, Cd) в тканях пищеварительной железы и жабр моллюсков беззубки Anodonta anatina с участием металотионеинив (МТ) при воздействии малой дозы (2мГр) ионизирующей радиации на организм. Установлено, что в ткани пищеварительной железы облученных моллюсков существенно увеличивается содержание Cu и Cd, а Zn-депонирующая функция способность МТ уменьшается. Профиль элюции МТ претерпевает изменения в обеих исследованных тканях.

Ключевые слова: металлотионеины; двустворчатие моллюски; ионизирующее излучение

Freshwater organisms are exposed to multiple anthropogenic stressors including chemical pollution and warming that can affect health of the resident organisms and their responses to novel challenges. Among the many problems of radioactive contamination that arose after the Chernobyl accident, prolonged effect of small doses of radiation on biological systems is one of modt unexplored, especially in invertebrates. We investigated the effect of in situ exposure history on molecular responses to ionizing radiation, in unionid mollusks Anodonta anatina. Bivalve mollusks are characterized by highly expressed properties to accumulate excess of metals. In the cells the excess of metals (Zn, Cu, Cd) is accumulating in the metal-buffering and stress-induced proteins metallothioneins. The aim of the present study was to evaluate the adaptive capacity of these proteins in the freshwater bivalve mollusk under the exposure to low dose of radiation.

Bivalve mollusk from relatively pristine area were exposed to 2 mGy X-ray radiation followed by 14 days of recovery (R-group) or to control conditions (C-groups). The pristine (reference) site was located in a forestry area in the upstream portion of Seret River near the village Ivachiv away from the sources of industrial contamination. An ionizing radiation could be considered as a novel stressor for the mollusks from this area.

Effects of ionizing radiation did not cause bivalve mollusk mortality compare with controls. Results confirm information about the resistance of bivalve mollusk Anodonta anatina to low doses of radiation.

The distribution of metals (Zn, Cu, Cd) in the digestive gland and gills tissues of the mussel Anodonta anatina with the participation of metallothionein (MT) under the effect of low dose of ionizing radiation (2mG) on the organism was evaluated. It was established significant increase in the level of Zn and decrease of Cu and Cd levels and Zn-binding ability of MT in the digestive gland of the irradiated mussels. The elution profile of MT is changed in both tissues. Analysis of spectral characteristics thermostable proteins indicates the presence of typical signs of MT-containing fractions in the digestive gland and the gills in the control and experimental groups.

To summarize, this study showed that metallothioneins characteristics in the bivalve mollusk can be used as a nonspecific biomarker for assessing the effects of ionizing radiation in the environment. Further studies will be devoted to the responses of specimens from the areas subjected to the suspected effect of radiation

Keywords: metallothioneins, bivalve mollusk, irradiation

Серед багатьох проблем радіаційного забруднення, які виникли після аварії на Чорнобильській АЕС, пролонгований ефект випромінювання малими дозами на біологічні системи є малодосліджений, особливо на безхребетних. Зокрема, він може стосуватися перевищення адаптаційного потенціалу живих організмів щодо пошкоджувальних чинників довкілля [5].

Відомо, що двостулкові молюски характеризуються вираженою метал-депонувальною здатністю. Причому рівні накопичення металів в їх організмі відображують не тільки концентрацію забруднювачів у довкіллі, а й їх біологічну доступність для живих організмів, яка лежить в основі токсичності. Відтак, вважають, що рівні акумуляції іонів металів у молюсках є коректними біомаркерами у оцінці екологічних ризиків у водних екосистемах [1-3]. У клітинах надлишок металів цинку, купруму та кадмію акумулює метал-депонувальний та стрес-індукований протеїн металотіонеїн (МТ).

Метою дослідження стала оцінка адаптивного потенціалу двостулкового молюска до впливу малої дози радіації на прикладі функціональної активності МТ.

Матеріал і методи досліджень

Досліджували дорослі особини двостулкового молюска Anodonta anatina (Linnaeus, 1758) діаметром мушлі близько 8 см і масою 42-47 г. Молюсків відбирали з умовно чистої місцевості (с. Івачів, вище м. Тернопіль у верхній ділянці р. Серет), яка належить до зони з мінімальним рівнем радіаційного забруднення (до 10 мкР/год), що відповідає природньому радіаційному фону згідно даних Тернопільського обласного лабораторного центру держсанепідслужби України.

Формували дві групи молюсків - одна контрольна, інша піддавалась дії радіоактивного опромінення у дозі 2мГр (Дослід). Опромінення здійснювали одноразово з допомогою рентгенівського апарату РУМ-20 (час експозиції - 2 с). Експозицію проводили в безводному середовищі у пластикових коробках. Молюсків досліджували через 14 діб після опромінення. МТ тканин молюсків виділяли шляхом гель-фільтрації розчину термостабільних сполук як описано у [2]. Загальний вміст металів (Zn, Cu, Cd) у тканинах та фракціях МТ молюсків вимірювали після спалювання зразків у перегнаній нітратній кислоті в співвідношенні 1:5 (маса:об'єм). Вірогідність відхилення двох рядів значень обчислювали з використання t-тесту Стьюдента.

Результати досліджень та їх обговорення

Вплив іонізуючого випромінювання не викликав смертності молюсків порівняно з контролем. Отримані результати підтверджують інформацію про резистентність двостулкових молюсків А. anatina до малих доз радіації [5]. Розподіл форм термостабільних протеїнів молюска за гель- хроматографії представлено на рисунку. опромінення молюск металотіонеїн

У контрольних тварин спостерігається класичний розподіл на дві фракції, з яких низькомолекулярна відповідає МТ-вмісній фракції за низкою ознак [2]. Ця фракція з молекулярною масою близько 10 кДа у обох тканинах відповідає критеріям термостабільності та типовим характеристикам УФ-спектру (високий показник співвідношення D254/D280).

За дії іонізуючого випромінювання у дозі 2 мГр спостерігається деформація профілю елюції із зміною об'єму виходу фракції, що свідчить про ознаки гетерогенності, які можуть бути викликані окисними модифікаціями молекули протеїну. Аналіз спектральних ознак термостабільних протеїнів свідчить про наявність типових ознак МТ-вмісної фракції (рис. В, Г) як у травній залозі, так і у зябрах контрольної та дослідної груп. Визначення складу металів у МТ та тканині свідчить, що за дії іонізуючої радіації спостерігаються істотні зміни у вмісті та співвідношенні всіх досліджуваних металів (табл.) . Відтак, у молюсків дослідної групи у травній залозі вміст цинку збільшується, що поєднується з вивільненням його з МТ та зменшенням депонувальної здатності протеїнів з 5% у контролі до 2,3% в досліді. Разом з тим, МТ опромінених молюсків ефективніше акумулюють купрум як в травній залозі, так і в зябрах, тоді як загальний вміст купруму, а також кадмію у тканинах суттєво зменшується.

Рис. Профілі елюції (А-травна залоза, Б-зябра) та УФ-спектри (В-травна залоза, Г- зябра) за гель-розподільчій хроматографії на сефадексі G-50 термостабільного екстракту травної залози і зябер двостулкового молюска за дії радіоактивного випромінювання (доза 2 мГр). Примітка. Стрілками (Рис. А, Б) вказано об'єм (V_e/Vo) елюції маркерів: 1,0- хімотрипсиногену (25,8 кДа), 1,3- міоглобіну (17,0 кДа), 1,5 - цитохрому с (12,3 кДа), 1,7 - убіквітину (8,6 кДа), 0,96 - окиснений Р- ланцюг інсуліну (3,4 кДа); Ve - об'єм елюції, V₀ -зовнішній об'єм гелю. ВМТБ - відповідає виходу високомолекулярної фракції, МТ-10 - фракція з М_г 10 кДа.

Таблиця Розподіл металів у тканинах та металотіонеїнах травної залози та зябер двостулкового молюска Anodonta anatina (Linnaeus, 1758)у контролі та за дії на організм іонізуючого випромінювання (Р), мкг/г вологої тканини (%, частка від загального вмісту), M±m, n=3