Вплив радіочастотного електромагнітного випромінювання на фізіолого-біохімічні особливості деяких дріжджів
Дослідження особливості росту та проходження клітинного циклу дріжджів під дією електромагнітного випромінювання. Оцінка дії електромагнітного випромінювання на чутливість дріждждів до впливу стресових факторів, на активність ключових ферментів.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 31.08.2012 |
| Размер файла | 220,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІСТИТУТ МІКРОБІОЛОГІЇ І ВІРУСОЛОГІЇ
ІМ. Д.К. ЗАБОЛОТНОГО
Войчук Сергій Іванович
УДК 663.12/.14+537.868
ВПЛИВ РАДІОЧАСТОТНОГО ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ НА ФІЗІОЛОГО-БІОХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ДЕЯКИХ ДРІЖДЖІВ
03.00.07 - мікробіологія
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ - 2005
Дисертація є рукопис.
Робота виконана у відділі фізіології промислових мікроорганізмів Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України
Науковий керівник:
доктор біологічних наук, професор, член-кор. НАН України Підгорський Валентин Степанович, Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, завідувач відділу фізіології промислових мікроорганізмів, директор Інституту.
електромагнітний випромінювання дріжджі
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор Курдиш Іван Кирилович, Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, завідувач відділу мікробіологічних процесів на твердих поверхнях доктор біологічних наук, Орел Валерій Емануїлович, Інституту онкології АМН України, завідувач фізико-технічної лабораторії
Провідна установа: Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Кабінет Міністрів України, м. Київ
Захист відбудеться 18 жовтня 2005 р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.233.01 по захисту докторських дисертацій при Інституті мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України за адресою: Д03680, м. Київ, ДСП, вул. Заболотного 154.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України (03143, м. Київ, вул. Заболотного 154).
Автореферат дисертації розіслано „ „ вересня 2005 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,кандидат біологічних наук,
старший науковий співробітник Пуріш Л.М.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. За останні роки у зв'язку із значним погіршенням екологічної ситуації та різким збільшенням використання різних електротехнічних пристроів, значно зросло навантаження на біосферу з боку неіонізуючих полів та випромінювань природного та антропогенного походження [Lacy-Hulbert et al., 1998]. Проблема „електромагнітної сумісності” живої природи та джерел електромагнітних випромінювань (ЕМВ) стає все більш важливою [Gartzke, Lange, 2002]. На сьогоднішній день встановлена достовірна кореляція активності цього фактору із життєдіяльністю живих істот різного систематичного положення [Lacy-Hulbert et al., 1998]. Мікроорганізми широко розповсюджені у природі і складають основу екологобіологічних та трофічних ланок у функціонуванні біосфери. За результатами досліджень, проведених за останні 20 років, слід очікувати значних змін у природних мікробіологічних асоціаціях, як наслідок дії антропогенних ЕМВ, генерованих різноплановими електротехнічними приладами, створеними людиною. Адже широкопланове впровадження у повсякденне життя новітніх електромагнітних приладів порушує природний елекромагнітний фон, який за сучасними уявленнями є невід'ємною частиною розвитку та існування живої матерії. Вплив слабких та надтослабких доз радіочастотного та мікрохвильового випромінювань, що генерують лінії електропередач, телекомунікаційні та побутові пристрої, розглядають як причину виникнення багатьох хвороб людей, тварин та рослин шляхом зміни стійкості організмів до стресових факторів зовнішнього середовища [Havas, 2000]. Температурні ефекти дії радіочастотних та мікрохвильових випромінювань тривалий час використовують у медичній практиці (УВЧ- та КВЧ-терапія). Вже на початку вивчення впливу даних випромінювань на живі організми (у 20-х рр. минулого сторіччя) зазначалося, що атермічна дія ЕМВ, яка не пов'язана із нагріванням тканин, клітин або ж внутрішньоклітинних сполук, може виявитися більш корисною для практичного використання ніж термічна. Однак єдиної думки щодо безпеки нетермальної дії слабкого радіочастотного та мікрохвильового ЕМВ досі немає [Foster, 2003]. Це можна пояснити складністю вивчаємих об'єктів та довготривалим пануванням припущення про здатність ЕМВ викликати ефекти лише завдяки нагріванню. Таке становище посилює необхідність дослідження комплексної дії даних випромінювань на прикладі відносно простих та добре вивчених модельних організмів (серед прокаріотів - це E. coli, серед еукаріотів - це дріжджі Saccharomyces cerevisiae та Schizosaccharomyces pombe) [Valberg, 1996; Weaver, 2002].
Таким чином, вивчення впливу неіонізуючих електромагнітних випромінювань радіочастотного діапазону на фізіолого-біохімічні характеристики мікроорганізмів є актуальним і має як теоретичне значення для виявлення механізму впливу ЕМВ на біологічні організми, так і практичне - для використання набутих знань у біотехнологічних виробництвах та для охорони навколишнього середовища і здоров'я людини.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась згідно плану наукових робіт Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України (ІМВ) за темами „Дослідження систематичного положення та фізіолого-біохімічних особливостей мікроорганізмів, які мають промислове значення”, реєстраційний номер 0198V007755 (1999 - 2003 р.) і „Систематика і біосинтетичні можливості бактерій і дріжджів. Розробка наукових основ створення за їх допомогою нових біотехнологічних препаратів і процесів”, реєстраційний номер 0104V003000 (2004 - 2008 р.).
Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи було дослідити вплив електромагнітного випромінювання радіочастотного діапазону нетермальної інтенсивності на деякі дріжджові організми за фізіолого-біохімічними і морфолого-структурними показниками.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:
- дослідити особливості росту та проходження клітинного циклу дріжджів під дією електромагнітного випромінювання;
- оцінити дію електромагнітного випромінювання на чутливість дріждждів до впливу стресових факторів;
- встановити вплив електромагнітного випромінювання на активність деяких ключових ферментів пентозофосфатного циклу та циклу трикарбонових кислот;
- оцінити морфолого-структурні зміни клітин дріжджів під дією ЕМВ;
- визначити залежність біологічної дії ЕМВ від метеорологічних та космо-фізичних факторів.
Об'єктом дослідження були музейні штами дріжджів із української колекції мікроорганізмів (УКМ): Saccharomyces cerevisiae УКМ Y-517, Schizosaccharomyces pombe УКМ Y-94Т та Candida utilis УКМ Y-961.
Предметом дослідження були фізіолого-біохімічні та морфолого-структурні особливості дріжджів під впливом електромагнітного випромінювання радіочастотного діапазону нетермальної інтенсивності.
Матеріали та методи дослідження. Для виконання поставлених задач використовувалися класичні і новітні мікробіологічні, біофізичні та біохімічні методи дослідження.
Наукова новизна одержаних результатів.
- Вперше виявлено вплив електромагнітного випромінювання радіочастотного діапазону (40,68 МГц) нетермальної інтенсивності на фізіологічні показники росту і динаміку клітинного циклу; чутливість дріждждів до впливу стресових факторів і активність ферментів; структуру їх поверхні, її в'язко-пружні властивості та проникність цитоплазматичної мембрани;
- Відмічено, що в результаті дії електромагнітного випромінювання відбуваються зміни у динаміці клітинного циклу, дозозалежне стимулювання питомої швидкості росту, перерозподіл активності між ключовими ферментами циклу трикарбонових кислот, топографічні та в'язко-пружні зміни на поверхні клітинних стінок дріжджів, зменшення проникності цитоплазматичної мембрани клітин;
- Показано, що обробка дріжджових клітин електромагнітним випромінюванням радіочастотного діапазону зумовлює підвищення стійкості мікроорганізмів до впливу несприятливих факторів зовнішнього середовища. Одержало подальший розвиток припущення про захисний характер дії слабких електромагнітних випромінюваннь на живі організми, що сприяє виникненню стійкості до наступного впливу руйнівних стресових факторів;
- Вперше, на прикладі дріжджів Saccharomyces cerevisiae, застосовано метод атомно-силової мікроскопії для вивчення послідовного та диференційного впливу електромагнітного випромінювання та фунгіцидного антибіотика ністатину на в'язко-пружні характеристики та топографію поверхні живих організмів;
- Використання методу атомно-силової мікроскопії та лектинів, мічених колоїдним золотом, уможливило наочне спостереження змін у наноструктурі поверхні та появу навколо клітинної стінки речовин вуглеводної природи (полісахаридів) в результаті опромінення клітин дріжджів;
- Встановлено кореляційну залежність фізіолого-біохімічного стану клітин дріжджів від показників активності Сонця, що відображається у показниках питомої швидкості росту та чутливості мікроорганізмів до фунгіцидних антибіотиків.
Практичне значення одержаних результатів. Електромагнітне випромінювання радіочастотного діапазону (40,68 МГц) нетермальної інтенсивності може бути використано як захисний механізм для модифікації чутливості живих організмів до дії стресових факторів. Досліджені дріжджі можуть слугувати як модельна система для вивчення атермічних ефектів та встановлення механізмів дії неіонізуючих електромагнітних полів та випромінювань на еукаріотичні організми та їх угруповання.
Особистий внесок здобувача. Дисертація є самостійною роботою автора. Автором дисертації критично опрацьовані літературні дані, проведено більшість експериментальної роботи, проаналізовані та узагальнені її результати; здійснена статистична та математична обробка експериментальних даних, підготовка публікацій за результатами досліджень і їх представлення на наукових конференціях. Здобувачем особисто проведено експериментальні дослідження щодо визначення параметрів опромінення для досягнення максимального атермічного ефекту дії радіочастотного електромагнітного випромінювання на дріжджові організми, досліджено активність каталази і основних ферментів дегідрогеназного комплексу пентозофосфатного шляху та циклу трикарбонових кислот. Вивчення параметрів росту дріжджів, дослідження структури поверхні клітин під дією випромінювання і стійкість опромінених дріжджів до впливу стресових факторів проведено спільно з к.б.н. О.М. Громозовою, к.б.н. А.С. Гордієнком і к.б.н. П.М. Литвином, які є співавторами відповідних публікацій. У плануванні основних напрямків роботи та обговоренні результатів брав участь науковий керівник д.б.н., професор, член-кор. НАНУ В.С. Підорський В.С.
Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи були представлені на 1-му З'їзді мікологів Росії "Современная микология в России" (Москва, 2002 р.); III-му Міжнародному Конгресі "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине" (Санкт-Петербург, 1 - 4 июля 2003 р.); Другому Всеросійському Конгресі з Медичної Мікології (Москва, 24 - 25 березня 2004 р.); Міжнародному семінарі "Биологические эффекты солнечной активности" (Пущіно-на-Окє, 6 - 9 квітня 2004 р.); Х-му з'їзді товариства мікробіологів України (Одеса, 15 - 17 вересня 2004 р.); 3-му Міжнародному Семінарі "Biological Effects of EMFs" (Кос, Греція, 4 - 8 жовтня, 2004 р.); 3-й Конференції в пам'ять Олександра Гурвіча "Biophotons and Coherent Systems in Biology, Biophysics and Biotechnology" (Партеніт, Україна, 26 вересня - 2 жовтня 2004 р.); Третьому Всеросійському Конгресі з Медичної Мікології (Москва, 24 - 25 марта 2005 р.). Матеріали дисертації доповідались на конференції молодих вчених Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України (25 - 26 листопада 2003 р.).
Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 11 робіт (з них 3 статті у профільних журналах і 8 - в тезах доповідей).
Структура та об'єм роботи. Дисертаційна робота викладена на 146 сторінках машинописного тексту і складається з розділів „Вступ”, „Огляд літератури”, „Матеріали та методи досліджень”, „Результати власних досліджень та їх обговорення”, „Заключення”, „Висновки” та „Список використаних джерел”. Бібліографічний вказівник містить 202 посилання (з них 150 - іноземних авторів). Робота містить 16 таблиць та 25 рисунків.
ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ
Огляд літератури представлений одним розділом, що поділяється на два підрозділи.
В першому підрозділі наводиться загальна характеристика неіонізуючих електромагнітних полів та випромінювань природного та антропогенного походження.
В другому підрозділі висвітлені питання щодо відомих на сьогоднішній день ефектів викликаних дією неіонізуючих електромагнітних полів та випромінювань субтермальних інтенсивностей на мікробіологічні об'єкти, визначено ключові фактори, які відіграють значну роль в сприйнятті організмами електромагінтних випромінювань.
Окремими підпунктами розглядаються клітинні структури, які здатні реагувати на зміни у зовнішньому електромагнітному фоні, механізми дії неіонізуючих випромінювань на живі об'єкти та перспективи і проблеми використання електромагнітних випромінювань радіочастотного і мікрохвильового діапазонів субтерамальних інтенсивностей.
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
Об?єктами дослідження були дріжджі Saccharomyces cerevisiae УКМ Y-517, що використвуються у виробництві шампанських вин, Candida utilis УКМ Y-961, які є джерелом кормового білку у тваринництві та Schizosaccharomyces pombe УКМ Y-94Т з Української колекції мікроорганізмів (УКМ) при Інституті мікробіології і вірусології Національної Академії Наук України. Дріжджі S. cerevisiae та S. pombe є загальноприйнятими модельними еукаріотичними організмами для дослідження клітинних фізіолого-біохімічних процесів та міжклітинної кооперації [Brok, 2000; Ursula et al., 2001; Barr, 2003].
Дріжджі вирощували на твердому поживному середовищі сусло-агарі протягом 8, 17 та 24 годин для досягнення відповідно логарифмічної фази росту, фази уповільненого росту та стаціонарної фази росту популяції. Змив клітин проводили середовищем Рідер (без глюкози) або дистильованою водою.
Джерелом ЕМВ був генератор електромагнітного випромінювання радіочастотного діапазону - УВЧ-62 з частотою 40,68 МГц та потужністю випромінювання 15 та 30 Вт, що затверджений ДГСТ до використання у медичній практиці. Процедуру опромінення клітин дріжджів ЕМВ проводили у стандартизованих умовах. Клітини у концентрації 108 кл/мл опромінювали у рідкому середовищі (мінеральне середовище Рідер без глюкози чи стерильна дистильована вода) у термостатних умовах (28 oC) при екрануванні видимого світла. Обробку клітин ЕМВ в залежності від мети дослідження проводили при потужності випромінювання 15 або 30 Вт протягом 15, 60, 120 або 180 хв. Контрольні зразки знаходилися за таких самих умов без опромінення.
Фізіологічні параметри росту визначали в оптимальних умовах культивування (рН 4,5, +28 оС) загально прийнятими методами [Перт, 1978]: за тривалістю ростових періодів (лаг-, лог-період, період уповільненого росту та початок стаціонарної фази росту), за показниками питомої швидкості росту, часом подвоєння біомаси, врожаєм клітин (приріст біомаси через 24 г культивування), та значеннями економічного та метаболічного коефіціентів.
Життєздатність клітин досліджували за умови дії стресових факторів: заморожування-відтанення (при -4 оС та +25 оС, відповідно), різних температур (-10, 20, 45 оС), кислого (рН 2,7) та лужного (рН 8,7) середовища культивування і в присутності фунгіцидного антибіотика ністатину у концентрації 10 і 20 мкг/106 клітин. Культивування проводили у глибинних умовах на качалках при 240 об/хв у середовищі Рідер з додаванням 1 % глюкози та 0,1 % дріжджового екстракту протягом 24 - 30 годин та на твердому середовищі сусло-агарі протягом 3-х діб. Критерієм життєздатності дріжджів в присутності стресових факторів була кількість живих та неушкоджених клітин, яку визначали стандартним методом фарбування метиленовим синім [Иванов та співавт., 1987] та фарбуванням люмінесцентними барвниками (сумішшю флуорохрому примуліна (1:20 - 1:40 тис.) з акридиновим оранжевим (1:100 тис.)) [Мейсель та співавт., 1961] і за кількістю колонієутворюючих одиниць (КУО).
Чутливість дріжджів до антибіотиків досліджували методом стандартних дисків з використанням фунгіцидних антибіотиків: ністатину (nistatin 80 мкг/мл), амфотерицину В (amphotericin B 40 мкг/мл), клотримазолу (klotrimazol 10 мкг/мл), флюконазолу (flukonazol 40 мкг/мл), ітраконазолу (itrakonazol 10 мкг/мл) (НИЦФ м. Санкт-Петербург). Вплив ЕМВ на чутливість дріжджів до антибіотиків та активність антибіотиків вивчали у трьох варіантах досліджень: 1) при одночасному опромінюванні клітин дріжджів з дисками антибіотиків; 2) при опромінюванні суспензїї дріжджів до внесення антибіотиків; 3) при опромінюванні дисків з антибіотиками. Культивування проводили на твердому середовищі сусло-агарі при 28 оС. Ефект дії випромінювання визначали через 72 години за зонами затримки росту.
Cтруктуру та в'язко-пружні сили на поверхні дріжджових клітин вивчали методом атомно-силової мікроскопії за допомогою мікроскопу NanoScope IIIa, серії Dimention 3000 (США). Дослідження проводили у резонансному режимі (Tapping mode) з використанням стандартних зондів з нітриту кремнію (Si3N4). Радіус кривини вістря зонду складав ~10 нм, довжина консолі - 100 мкм, частота механічного резонансу 300 - 340 кГц, швидкість сканування - 4,2 мкм/с. Клітини дріжджів брали для аналізу одразу після опромінення: краплину клітинної суспензії наносили на свіжо-сколоту слюдяну пластинку або поверхню знежиреного предметного скла та висушували.
Якісні та кількісні характеристики хімічного складу поверхні клітин дріжджів вивчали за допомогою скануючого електронного мікроскопу (СЕМ) TESLA BS-340 (Czech Republic), що обладнаний аналітичною системою для energy-dispersive X-Ray мікроаналізів LINK-860 (UK). Для проведення тесту було використано лектин конканавалін-А, мічений частками колоїдного золота. ("Лектинотест", Львів, Україна).
Поверхневий заряд клітин (дзета-потенціал, о-потенціал) визначали методом мікроелектрофорезу за показниками електрофоретичної рухливості клітин у дистильованій воді [Глоба, Гордиенко, 1980].
Кінетику клітинного циклу дріжджової популяції досліджували методом підрахунку клітин в G1, S, G2 та M фазах клітинного циклу. Фази клітинного циклу виявляли за розміром бруньки [Niemistх et al., 2003]. Зразки клітинної суспензії відбирали кожні 30 хв та мікроскопіювали у темному полі (мікроскоп МБІ-15, Ломо). Клітини у полі зору фотографували цифровою фотокамерою Nikon 950 (Japan). Аналіз цифрових фотозображень проводили у морфометричній програмі ImageJ 1.29.
Проникність цитоплазматичної мембрани клітин визначали за здатністю дріжджів підкислювати середовище культивування [Кулаковская та співавт., 1994] та за пулом зовнішньоклітинних нуклеотидів [Спирин, 1958].
Дегідрогеназну активність (загальну, ендогенну та субстратну) визначали за методикою, описаною [Klapwuk et al., 1974]. Джерелом вуглецю був 0,1 М розчин глюкози. Клітини дріжджів попередньо опромінювали у 1/15 М фосфатному буфері протягом 30 хв при потужності випромінювання 15 Вт. Каталазну активність визначали за методикою Sumner у модифікацїї Шестакова С. Д. та Єльчіц С. В. [1971].
Активність глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, ізоцитратдегідрогенази та б-кетоглутаратдегідрогенази визначали у безклітинних екстрактах дріжджів спектрофотометричним методом за швидкістю відновлення НАД+ та НАДФ+ при 340 нм. Активність сукцинатдегідрогенази визначали у безклітинних екстрактах спектрофотометрично при 400 нм за здатністю ФАД+, ковалентно зв'язаного з молекулою білку, відновлюватися, а потім віддавати електрони ферріціаніду. Реакція починалася з моменту додавання субстрату до реакційної суміші. Спектрофотометричні вимірювання проводили на "Beckman DU-8B" (США) при 30 оС (± 0,1 оС).
Білок у безклітинних екстрактах визначали за методом Бредфорда [Bradford, 1976]. Вміст глюкози в процесі культивування визначали методом Міллера [Miller, 1959].
Вплив сонячної та геомагнітної активності на ріст дріжджів, їх чутливість до антибіотиків і дію ЕМВ досліджували методом кореляційного аналізу. Дані щодо сонячної активності (число Вольфа - кількість плям на Сонці, сонячний потік - випромінювання радіочастотного діапазону, швидкість сонячного вітру) та геомагнітної активності (А-індекс - індекс напруженність магнітного поля Землі) за час проведення експерименту отримували з Web-сайту: http://www.dxlc.com/solar/indices.html.
Усі дослідження проводили багаторазово, щонайменше у 3-х повторностях. Отримані дані оброблені статистично враховуючи 95 %-вий рівень достовірності за критерієм Стьюдента [Лакин, 1980]. Розрахунки, графіки та статистична обробка виконані за допомогою пакету комп'ютерних програм Statistica 6.0 та Microsoft Excel 2002.
РЕЗУЛЬТАТИ ВЛАСНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Вплив електромагнітного випромінювання на ріст та фізіологічний стан дріжджів. Для дослідження фізіологічних параметрів росту були обрані показники, які характеризують стан популяції як в цілому, так і окремо кожної ії компоненти (клітини). Комплексний підхід до вивчення дії ЕМВ на дріжджові клітини полягав перш за все у досліджені впливу біологічних та фізико-хімічних факторів системи. Серед досліджених фізико-хімічних факторів - потужність та тривалість опромінення, мінеральний склад середовища опромінення (вода чи середовище Рідер), температурний фактор. Серед біологічних факторів - це фізіологічний стан популяції, який визначався фазами (тверде/рідке) поживного середовища, на якому проводили культивування дріжджів до опромінення; щільність популяції (вихідна кількість клітин/мл середовища); фази росту популяції (лаг-, лог-, фаза уповільненого та стаціонарна) і фази клітинного циклу.
|
Рис. 1. Залежність питомої швидкості росту від тривалості та потужності випромінювання. |
Вплив електромагнітного випромінювання на фізіологічні показники росту дріжджів відмічено на клітинах, змитих з твердого поживного середовища в фазі уповільненого росту і на початку стаціонарної фази (через 20 - 24 години від початку культивування). Спостерігали збільшення питомої швидкості росту опроміненої популяції дріждждів на 15 - 20 % у порівнянні з контрольною неопроміненою популяцією (рис. 1).
В разі впливу випромінювання на клітини, які попередньо культивувалися у рідкому поживному середовищі або були змиті з твердого середовища у лаг-фазі (через 2 - 4 години) та у період логарифмічного росту (через 6 - 8 годин) відмінностей між фізіологічними показниками росту опроміненої та неопроміненої популяції не виявлено. Це свідчить про залежність ефективності дії ЕМВ від стадії росту популяції мікроорганізмів.
Дія ЕМВ визначалася тривалістю опромінення і не залежила від потужності, що узгоджується з даними літератури про другорядну роль потужності неіонізуючого електромагнітного випромінювання в одержанні ефектів, пов'язаних з нетепловою дією [Геращенко, 1997]. Максимальне стимулювання ростових процесів спостерігали при 30-ти, 60-ти і 120-ти хвилинній обробці випромінюванням. Менша та більш тривала дія випромінювання на клітини дріжджів не призводила до достовірних змін у показниках, які характеризують фізіологію росту. Практично в усіх випадках вплив ЕМВ призводив до збільшення лаг-періоду і відповідного зменшення фази логарифмічного і уповільненого росту (рис. 2а). Контрольна і опромінена популяції досягали стаціонарної фази через 20 - 24 год. Але були й виключення, коли на фоні рівних по тривалості лаг-періодів популяція опромінених клітин переходила в стаціонарну фазу росту на 3 - 5 год раніше контрольної за рахунок менш тривалої фази уповільненого росту (рис. 2б).
|
|
||
|
А |
Б |
Рис. 2. Вплив ЕМВ (40,68 МГц, 30 Вт, 30 хв) на тривалість ростових фаз дріжджів: А - збільшення тривалості лаг-фази та скорочення періоду експоненційного росту; Б - зменшення періоду експоненційного росту.
Зафіксовані біологічні ефекти ЕМВ як то збільшення швидкості росту (на 15 - 20 %), подовження лаг-фази тощо мали нерегулярний характер. Достовірні ефекти були отримані лише в 16 % досліджень, а в інших випадках вони були рівними контрольним або нівелювалися значною дисперсією.
Крім того, ефект великою мірою визначався складом середовища в якому відбувалося опромінення організмів: виявлені закономірності зберігалися при опромінюванні як у дистильованій воді так і в поживному середовищі Рідер, однак в останньому випадку ефект більш виражений. Ці результати добре узгоджуються з даними літератури [Хиженков и др., 1998; Orel, 1995], де вказується значна роль іонів в посиленні ефективності дії ЕМВ в мінеральних розчинах завдяки взаємодії випромінювань із зарядженими частками.
Динаміка клітинного циклу після дії електромагнітного випромінювання. На прикладі S. cerevisiae відмічено, що дія ЕМВ на дріжджову суспензію зумовлює зміни у тривалості фаз клітинного циклу і через 3,5 - 4 години після опромінення спостерігається збільшення кількості клітин на стадії мітозу. В логарифмічній фазі росту популяції відсоток клітин, що діляться досягає 60 % від загальної кількості, в той час як у контролі - не перевищує 45 % (рис. 3). Різниця в розподілі клітин між іншими фазами залишається недостовірною.
Рис. 3. Відсоток клітин в М-фазі опроміненої ЕМВ (40,68 МГц, 30 Вт, 30 хв) та неопроміненої (контрольної) популяції дріжджів S. cerevisiae.
Така дія ЕМВ вірогідно пов'язана зі зменшенням тривалості G1-фази клітинного циклу на 15 %, та відповідно прискоренням усього циклу ділення. За літературними даними, подібні зміни у перебігу клітинного циклу можуть бути результатом часткової синхронізації у діленні клітин в результаті зростання/зменшення активності клітинного циклу [Araъjo et al., 2004]. Більшість факторів, наприклад, незначні коливання мінерального складу субстрату, збільшення розведення, зміна рН, аерації тощо, так само викликають щонайменше часткову синхронізацію дріжджів S. cerevisiae [Munch et al., 1992], та все ж ЕМВ, призводить до більш значних змін у клітинному циклі [Araъjo et al., 2004].
Статистична обробка даних дозволила виявити порушення у міжклітинних взаємозв'язках. По-перше, відмічено, що вплив ЕМВ зумовлює порушення лінійної залежності у бік нелінійних рівнянь між показниками вихідної концентрації клітин та питомою швидкістю росту дріжджів (рис. 4). По-друге, в результаті обробки суспензії клітин випромінюванням, порушуються кореляційні співвідношення між фазами клітинного циклу (таб. 1).
|
Таблиця 1 Кореляційні зв'язки між фазами клітинного циклу у популяції S. cerevisiae УКМ Y-517 під впливом ЕМВ (40,68 МГц, 30 Вт, 30 хв) |
|||
|
Фази клітинного циклу |
Контроль |
Опромінена культура |
|
|
G1 - S |
-90 |
-93 |
|
|
G1 - G2 |
-99 |
-96 |
|
|
G1 - M |
-96 |
-94 |
|
|
S - G2 |
85 |
84 |
|
|
S - M |
80 |
85 |
|
|
G2 - M |
98 |
92 |
Обидва випадки свідчать про певні зміни, які відбуваються на клітинному та субклітинному рівні та не відображаються у стандартних показниках, прийнятих для опису фізіологічного стану популяції мікроорганізмів.
Вплив електромагнітного випромінювання на стійкість дріжджів до дії стресових факторів фізико-хімічної природи. Вивчення біологічних ефектів випромінювання при дії несприятливих (стресових) факторів зовнішнього середовища фізико-хімічної природи (рН, Т оС, фунгіцидні антибіотики) дозволило виявити протекторний характер впливу ЕМВ, що відображається у збільшені життєздатності клітин за дії цих факторів. Так показано, що попереднє опромінення дріжджової суспензії збільшує відсоток живих неушкоджених клітин в несприятливих умовах культивування з 20 - 50 % до 80 - 90 % в залежності від природи фактору (таб. 2).
Попереднє опромінення дріжджів здатне викликати стійкість мікроорганізмів до дії фунгіцидних антибіотиків поліенового та азолового ряду. У дослідах з ністатином антибіотик у концентрації 10 мкг/106 кл інгібував ріст близько 70 % клітин у популяціях S. pombe та C. utilis і половини клітин S. cerevisiae (таб. 3). З0-ти хвилинна експозиція клітин ЕМВ сприяла збільшенню практично до 100 % рівня виживання у перших двох видів дріжджів і лише на 10 % збільшувала рівень життєздатності у сахароміцетів. Збільшення дози антибіотику вдвічи (до 20 мкг/106 кл) так само характеризувалося лише 10 %-ковим переважанням опромінених клітин S. cerevisiae над неопроміненими. На нашу думку це може свідчити про різну чутливість клітин S. cerevisiae до дії ЕМВ. Слід зазначити, що для опромінювання кожен раз використовували практично 100 %-ково гомогенну популяцію дріжджів S. cerevisiae, тобто усі клітини перебували у G1-фазі клітинного циклу.
|
Таблиця 2 Вплив ЕМВ (40,68 МГц, 30 Вт, 5 - 30 хв) на чутливість S. cerevisiae УКМ Y-517 до дії стресових факторів |
||||
|
Умови експерименту |
Відсоток мертвих та ушкоджених клітин |
|||
|
Неопромінена популяція (контроль) |
Опромінена популяція |
|||
|
Контроль (pH 4.5) |
7,5±1,7 |
6,9±1,4 |
||
|
Стресові фактори |
Кислотність середовища (pH 2.7) |
47,5±10,6 |
15,5±6,5 |
|
|
Заморожування-відтанення |
60,0±14,1 |
7,5±3,5 |
||
|
Ністатин (1,0 мкг/106кл) |
55,0±7,1 |
15,0±5,0 |
Подібна захисна роль слабких випромінювань різних діапазонів частот та збільшення життєздатності опромінених клітин описана у цілому ряді робіт на прикладі як дріжджових культур [Petin et al., 2003] і інших еукаріотичних мікроскопічних організмів [Тамбиев и соавт., 2003], так і прокаріотів - E. coli [Nakamura et al., 1997].
|
Таблиця 3 Відсоток виживання клітин під дією ністатину в опромінених (40,68 МГц, 30 Вт, 30 хв) та неопромінених (контрольних) популяціях дріжджів |
||||
|
Штам дріждждів |
Концентрація ністатину, мкг/106 кл |
Контроль |
Опромінені дріжджі |
|
|
S. cerevisiae УКМ Y-517 |
20 |
1,16±0,08 |
11,85±1,43 |
|
|
S. pombe УКМ Y-94T |
10 |
30±3,77 |
91,69±1,11 |
|
|
C. utilis УКМ Y-961 |
10 |
32,3±4,36 |
114,93±21,06 |
Активність ферментів каталаз та дегідрогеназ внаслідок дії електромагнітного випромінювання. Згідно сучасних уявлень, серед причин виникнення стійкості живих організмів до дії несприятливих факторів зовнішнього середовища можуть бути зміни на біохімічному та морфолого-структурному рівнях організації живого. Нами було показано, що досліджене випромінювання швидше за все не викликає руйнування внутрішньоклітинних сполук та структур, адже рівень каталазної активності опромінених та неопромінених клітин залишався однаковим. Ці результати складають противагу літературним даним, в яких зазначається збільшення концентрації вільних радикалів у живих клітинах за дії значно слабкіших випромінювань (50 - 60 Гц) [Iєler and Erdem, 2003].
|
А |
Б |
|
|
В |
Рис. 5. Активність основних ферментів дегідрогеназ пентозофосфатного шляху (глюкозо-6-фосфатдегідрогенази (Г-6-Ф)) та циклу трикарбонових кислот: ізоцитратдегідрогенази (Ізоцитр), б-кетоглутаратдегідрогенази (б-Кетоглут), сукцинатдегідрогенази (Сукц).
А - S. cerevisiae УКМ Y-517, Б - S. pombe УКМ Y-94T,
В - C. utilis УКМ Y-961.
Активність окисно-відновних ферментів дегідрогеназного комплексу змінювалася у бік зростання загальної активності внутрішньоклітинних компонентів і відповідного зменшення субстратної дегідрогеназної активності. Дослідження ключових ферментів пентозофосфатного шляху та циклу трикарбонових кислот дозволило виявити зміну активності глюкозо-6-фосфатдегідрогенази (ПФШ), альфа-кетоглутаратдегідрогенази, сукцинатдегідрогенази та ізоцитратдегідрогенази (ЦТК) за дії ЕМВ (рис. 5). На рисунку видно, що активність досліджених ферментів у S. pombe та C. utilis зростала в результаті опромінення, в той час як у S. cerevisiae, вона знижувалася щонайменше у чотири рази і у випадку ізоцитратдегідрогенази майже до нуля.
За даними ряду робіт активність ферментів дегідрогеназ циклу трикарбонових кислот корелює із стійкістю мікроорганізмів до антибіотичних речовин [Крисенко та Вінніков, 2004]. Можливо, що більша стійкість до антибіотичних речовин, яку ми відмітили для S. pombe та C. utilis порівняно із S. cerevisiae може бути пов'язана із відмінностями у реакції ключових ферментів (не тільки дегідрогеназ) на вплив електромагнітного випромінювання.
Зміни у поверхнево-структурних характеристиках клітин дріжджів та у проникності цитоплазматичної мембрани під дією електромагнітного випромінювання. Одна з вагомих причин виникнення резистентності мікроорганізмів до дії інгибіторів росту - це зменшення проникності цитоплазматичної мембрани [Бlvarez Бlvarez et al., 1998]. Нами було показано, що проникність ЦПМ в опромінених клітинах дріжджів зменшується, про що свідчить менший пул зовнішньоклітинних нуклеотидів та слабша закислююча здатність. Було відзначено, що в результаті опромінення екзогенний пул нуклеотидів у S. cerevisiae нижче (5,46 ± 0,12 мкг/мл), ніж в контрольних зразках (6,49 ± 0,09 мкг/мл). Для C. utilis пул нуклеотидів складав 8.24 ± 0,21 мкг/мл та 10.82 ± 0,11 мкг/мл, відповідно. А для S. pombe - відповідно 2.47 ± 0,19 мкг/мл та 5.46 ± 0,13 мкг/мл. Даний факт вказує на зменшення проникної здатності плазмалеми і/або клітинної стінки [Спирин , 1958] під дією ЕМВ.
Додатково було досліджено поверхнево-структурні характеристики клітин. Методом мікроелектрофорезу нами відмічено стабільність поверхневого заряду клітин при дії ЕМВ. В той же час, методом атомносилової мікроскопії нами вперше показано зміни у наноструктурі (рис. 6А) та у в'язко-пружних властивостях клітинної стінки опромінених дріжджів (рис. 6Б), що, вірогідно, пов'язано із утворенням нового шару полісахаридної природи, який оточує клітину з зовні. Наявність новоутвореного шару зовні клітин дріжджів доведено експериментально шляхом обробки клітин лектином, міченим колоїдним золотом.
З літератури добре відома роль полісахаридних речовин у виникненні стійкості мікроорганізмів до дії деструктивних факторів зовнішнього середовища [Пирог и соавт., 1997; Masuoka, 2004]. Виявлений нами новоутворений шар може бути ще однією причиною зростання життєздатності клітин дріжджів в наслідок попереднього опромінення.
Таким чином, відмічену протекторну дію випромінювання на стійкість дріжджів до дії стресових факторів можна пояснити цілим рядом змін на біохімічному та структурному рівнях, які відбуваються у клітинах з моменту опромінення. На нашу думку вплив дослідженого ЕМВ на організм призводить до активації основних внутрішньоклітинних метаболічних шляхів, які відповідають за збереження цілісності біологічної системи в присутності несприятливих деструктивних факторів зовнішнього середовища.
Дія ЕМВ в умовах різної активності геліо- та геофізичних факторів. Електромагнітні випромінювання у малих дозах незалежно від частотної характеристики та рівня організації біологічного об'єкту характеризуються нестабільністю ефектів, які виникають за їх дії. В даній роботі нестабільний характер прояву дії ЕМВ на дріжджі було відмічено за показниками росту. Так достовірне збільшення питомої швидкості росту дріжджів під дією ЕМВ було відмічено у 16 % випадків при стандартних у межах фіксуємих нами факторів, умовах проведення експерименту (об'єм вибірки складався з 87 досліджень).
Стохастичний характер проявів дії того чи іншого фактору - це важлива ознака, яка припускає існування певних координуючих чинників, які досить часто не розглядаються в експериментах [Moss et al., 2004]. Серед причин спорадичного прояву дії ЕМВ деякі дослідники називають денні та сезонні цикли та вплив космофізичних факторів, які визначають фізіолого-біохімічні характеристики організму на момент опромінювання [Геращенко, 1997; Havas, 2000].
Аналіз отриманих нами за час проведення експерименту даних дозволив встановити закономірності між максимальною питомою швидкістю росту та чутливістю мікроорганізмів до антибіотиків з активністю геліо-геофізичних факторів. Статистична обробка даних виявила залежності між інтенсивністю ростових процесів й показниками швидкості сонячного вітру (-52 %) та між чутливістю дріжджів до дії фунгіцидних антибіотиків і швидкістю сонячного вітру (61 %), числом Вольфа (-51 %) та сонячним потоком (-53 %). Метеорологічні дані та показники геомагнітної активності за період проведення досліджень не корелювали з досліджуваними факторами. Одержані дані дозволяють припустити, що за мінімальної сонячної активності слід очікувати максимальний прояв фунгіцидної дії антибіотиків, а при максимальній активності Сонця - мінімальний. Подібна закономірність може бути пов'язана з фізіологічним станом мікроорганізмів, властивості яких змінюються разом із активністю Сонця.
За час проведення досліджень нами не відмічено прямої закономірності між ефективністю дії ЕМВ на ростові процеси дріжджів та показниками сонячної активності. Однак відомо, що результат впливу ЕМВ на біологічні системи обумовлений фізіологічним станом організмів [Девятков и соавт., 1991], який в свою чергу залежить від геліофізичної активності. Це може свідчити про опосередкований зв'язок між цими факторами.
Підсумовуючи одержаний нами експериментальний матеріал, ми можемо стверджувати, що електромагнітне випромінювання частотою 40,68 МГц, потужністю 15 Вт та 30 Вт впливає на фізіологічні, біохімічні та структурні характеристики дріжджів S. cerevisiae, S. pombe та C. utilis, що позначається на чутливості дріжджових клітин до дії стресових факторів фізико-хімічної природи.
ВИСНОВКИ
1. Виявлено вплив електромагнітного випромінювання радіочастотного діапазону (частота випромінювання 40,68 МГц, потужність 15 та 30 Вт) на фізіолого-біохімічні та поверхнево-структурні властивості дріжджів S. cerevisiae, S. pombe та C. utilis.
2. Питома швидкість росту S. cerevisiae збільшується на 15 - 20 % під впливом досліджуваного ЕМВ, що супроводжується змінами у тривалості ростових фаз та фаз клітинного циклу.
3. Оптимальними умовами для отримання біологічних ефектів атермічної дії ЕМВ при потужності випромінювання 15 та 30 Вт є обробка дріждждів у термостатованих умовах протягом не більше 120 хвилин. Вміст вільних іонів у середовищі на момент опромінення посилює дію ЕМВ на живі організми.
4. Радіочастотне ЕМВ має протекторний характер дії, що проявляється у збільшенні стійкості опромінених клітин дріжджів по відношенню до стресових факторів фізико-хімічної природи (рН, Т оС, антибіотиків).
5. ЕМВ інгібує щонайменше в 4 рази активність глюкозо-6-фосфат дегідрогенази та ферментів циклу трикарбонових кислот (сукцинат дегідрогенази, альфа-кетоглутарат дегідрогенази, ізоцитрат дегідрогенази) у дріжджів S. cerevisiae, та стимулює у S. pombe і C. utilis.
6. Морфолого-структурний аналіз опромінених клітин дріжджів показав зміни у структурі та в'язко-пружних властивостях поверхні клітинної стінки дріжджів. Зафіксовано появу нового зовнішнього полісахаридного шару навколо клітини, який вірогідно приймає участь у виникненні стійкості опромінених мікроорганізмів до дії несприятливих факторів.
7. Показники питомої швидкості росту та чутливість дріждждів до фунгіцидних антибіотиків корелюють із показниками активності сонця. Результативність дії ЕМВ на біологічні об'єкти опосередковано корелює з активністю геліогеофізичних факторів.
Отримані дані підтверджують нетермальний вплив антропогенних неіонізуючих ЕМВ на функціонування мікробіологічних об'єктів, розширюють нашу уяву щодо ефектів дії випромінювань, дозволяють наблизитись до розуміння механізмів протекторної дії ЕМВ на біологічні системи та рекомендувати використання даного випромінювання для активації захисних внутрішньоклітинних шляхів.
Список робіт, опублікованих за темою дисертації
1. Громозова Е.Н., Войчук С.И. Влияние агентов, деполяризующих цитоплазматическую мембрану на формообразование мицелия Thielavia terrestris (Apinis) Malloch et Cain // Тез. докл. 1-го съезда микологов России "Современная микология в России", г. Москва, 2002. - С. 145.
2. Громозова Е.Н., Войчук С.И. Протекторное действие ЭМИ (40 МГц) в реакциях дрожжевых клеток на стрессовые воздействия // Тез. III-го Международного Конгресса "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине", г. Санкт-Петербург, 1 - 4 июля 2003. - С. 45.
3. Войчук С.И., Подгорский В.С., Громозова Е.Н. Влияние радиочастотного электромагнитного излучения на физиологические особенности Saccharomyces cerevisiae УКМ Y-517 // Мікробіол. журн. - 2004. - Т 66, № 3. - С. 51 - 57.
4. Войчук С.И., Громозова Е.Н. Влияние радиочастотного электромагнитного излучения на чувствительность дрожжей к фунгицидным антибиотикам // Мікробіол. журн. - 2004. - Т 66, № 4. - С. 69 - 77.
5. Подгорский В.С., Войчук С.И., Громозова Е.Н., Гордиенко А.С. Протекторное действие єлектромагнитного излучения (40,68 МГц) на Saccharomyces cerevisiae УКМ Y-517 // Мікробіол. журн. - 2004. - Т. 66, № 5. - С. 48 - 56.
6. Войчук С.І. Вплив радіочастотного електромагнітного поля (40,68 МГц) на розподіл клітин дріжджової популяції по фазах клітинного циклу // Тез. доповід.: Х з'їзд Товариства мікробіологів України, 15 - 17 вересня 2004 р., Одеса. - С. 202.
7. Громозова Е.Н., Войчук С.И. Биологические аспекты биоастрономического эффекта Чижевского-Вельховера // Тез.: Международный семинар "Биологические эффекты солнечной активности" г. Пущино-на-Оке, 6 - 9 апреля 2004. - С. 51 - 52.
8. Voychuk S.I., Gromozova E.N., Podgorskiy V.S. Effect of EMF (40,68 MHz) on the sensitivity to stress-factors // Proceedings: 3rd International Workshop "Biological Effects of EMFs", Kos, Greece, 4 - 8 October 2004. - Vol. 2. - P. 799 - 804.
9. Gromozova E.N., Voychuk S.I. Research of yeast as model for study of radiofrequency EMF action on eukaryotic cells // Abstract book: 3rd Alexander Gurwitsch Conference "Biophotons and Coherent Systems in Biology, Biophysics and Biotechnology", Partenit, Crimea, Ukraine, September 26 - October 2, 2004. - P. 44.
10. Громозова Е.Н., Войчук С.И. Влияние солнечной активности и антропогенного ЭМИ (40 МГц) на антифунгальную активность антибиотиков // Второй всероссийский конгресс по медицинской микологии, г. Москва, 24 - 25 марта 2004. - С. 91.
11. Громозова Е.Н., Войчук С.И. Механизм резистентности дрожжевых клеток к ряду фунгицидных антибиотиков, выванной электромагнитным излучением // Третий всероссийский конгресс по медицинской микологии, г. Москва, 24 - 25 марта 2005. - С. 45.
АНОТАЦІЯ
Войчук С. І. Вплив радіочастотного електромагнітного випромінювання на фізіолого-біохімічні особливості деяких дріжджів. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.07 - мікробіологія. - Інститут мікробіології і вірусології ім. Д. К. Заболотного НАН України, 2005.
Дисертація присвячена вивченню чутливості дріжджових організмів до впливу неіонізуючого електромагнітного випромінювання (ЕМВ) радіочастотного діапазону нетермальної інтенсивності. В результаті досліджень встановлено вплив ЕМВ частотою 40,68 МГц, потужністю випромінювання 15 та 30 Вт та тривалістю експозиції 5 - 180 хвилин на фізіологічні, біохімічні та структурні характеристики дріжджів Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe та Candida utilis. На клітинному і субклітинному рівнях відмічено зміни активності окисно-відновних ферментів дегідрогеназ пентозофосфатного циклу та циклу трикарбонових кислот, зменшення проникності цитоплазматичної мембрани. В результаті дії ЕМВ відбуваються певні модифікації у характеристиках поверхні клітинної стінки, що відображається у структурних та в'язко-пружних перебудовах і в утворенні полісахаридного шару на поверхні клітин. Усе це в комплексі сприяє виникненню стійкості дріжджових клітин до дії стресових факторів фізико-хімічної природи. Разом з тим нами відмічені відхилення (у порівнянні з контролем) на фізіологічному рівні досліджень: зменшення тривалості G1-фази клітинного циклу, прискорення питомої швидкості росту, порушення кореляції між окремими фізіологічними показниками (співвідношенням різних фаз клітинного циклу та перехід у нелінійну область залежності питомої швидкості росту від початкової концентрації клітин у популяції).
Отримані дані підтверджують нетермальний вплив антропогенних неіонізуючих ЕМВ на функціонування мікробіологічних об'єктів, розширюють нашу уяву щодо ефектів дії випромінювань, дозволяють наблизитись до розуміння механізмів протекторної дії ЕМВ на біологічні системи та рекомендувати використання даного випромінювання для активації захисних внутрішньоклітинних шляхів.
Ключові слова: дріжджі, радіочастотне електромагнітне випромінювання, фізіологія росту, біохімічні процеси, стійкість до стресових факторів.
АННОТАЦИЯ
Войчук С. И. Влияние радиочастотного электромагнитного излучения на физиолого-биохимические особенности некоторых дрожжей. - Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.07 - микробиология. - Институт микробиологии и вирусологии им. Д. К. Заболотного НАН Украины, 2005.
Диссертация посвящена исследованию чувствительности дрожжей к воздействию неионизирующего электромагнитного излучения (ЭМИ) радиочастотного диапазона нетермальной интенсивности. В результате исследований установлено влияние ЭМИ частотой 40,68 МГц, мощностью излучения 15 и 30 Вт, продолжительностью экспозиции 5 - 180 минут на физиологические, биохимические и структурные характеристики дрожжей Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe и Candida utilis.
Методом атомно-силовой микроскопии было показано, что обработка клеток дрожжей ЭМИ приводит к ряду изменений в характеристиках поверхности клеточной стенки, которые отражаются в наноструктуре топографии облученных и необлученных организмов и вязкоупругих свойствах поверхности. Добавление в среду культивирования лектина (конканавалина-А) меченного коллоидным золотом, позволило выявить внешний полисахаридный слой методом сканирующей электронной микроскопии, который образуется вокруг клеток в результате облучения. Кроме того установлено, что воздействие на микроорганизм ЭМИ снижает проницаемость их цитоплазматической мембраны.
Биохимическими методами исследования установлено, что действие ЭМИ приводит к изменениям активности окислительно-восстановительных ферментов дегидрогеназного комплекса пентозофосфатного цикла (глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы) и цикла трикарбоновых кислот (альфа-кетоглутаратдегидрогеназы, сукцинатдегидрогеназы, изоцитратдегидрогеназы). В случае облучения S. pombe и C. utilis активность исследованных ферментов увеличивается, в то время как облучение S. cerevisiae приводит к ее снижению как минимум в 4 раза. Активность каталазы не изменяется.
Нами было отмечено увеличение жизнеспособности облученных клеток дрожжей в присутствии стрессовых факторов физико-химической природы (неблагоприятных значений рН, температуры, фунгицидных антибиотиков полиеновой и азоловой групп). Предположительно, что именно изменения в свойствах клеточной стенки и мембран в комплексе с биохимической активностью и, возможно, некоторые другие изменения, вызванные действием излучения на клетки, способствуют возникновению устойчивости дрожжей к действию указанных неблагоприятных факторов.
Вместе с этим нами зафиксированы отклонения (по сравнению с контрольными показателями) на физиологическом уровне исследований: уменьшение продолжительности G1-фазы клеточного цикла и нарушение характерных для необлученной популяции дрожжей соотношений между количеством клеток в различных фазах клеточного цикла. Соответственно наблюдали увеличение удельной скорости роста и переход линейной зависимости между удельной скоростью роста и исходной концентрацией клеток в популяции в нелинейную область. Была установлена зависимость между показателями удельной скорости роста и чувствительности дрожжей к антибиотикам с рядом гелиофизических факторов. Подобная закономерность подтверждает существование связи между физиолого-биохимическим состоянием организма и активностью гелио-космических факторов, а также указывает на физиолого-биохимическое состояние организма в момент облучения как причину стохастичности эффектов ЭМИ при оптимальных для организма условиях проведения эксперимента.
Полученные данные подтверждают нетермальное воздействие антропогенного ЭМИ на функционирование микробиологических объектов, расширяют наше представление об эффектах действия излучения, позволяют приблизиться к пониманию механизмов протекторного воздействия ЭМИ на биологические системы и рекомендовать использование данного излучения для активирования внутриклеточных путей, играющих роль в защите организма от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды.
Подобные документы
Сутність та фізичні основи явища випромінювання. Влив різних видів випромінювання на прокаріотів. Ультразвукові хвилі та їх вплив на різні мікроорганізми. Природа осмотичного тиску, дія гідростатичного тиску, особливості впливу цього фактора на бактерії.
презентация [403,1 K], добавлен 16.05.2015Процеси утворення іонів з нейтральних атомів або молекул. Альфа-випромінювання, бета-випромінювання, гамма-випромінювання. Джерела зовнішнього опромінення. Внутрішнє опромінення людини. Ступінь впливу іонізуючих випромінювань на живий організм.
презентация [228,4 K], добавлен 28.10.2013Характеристика, класифікація іонізуючих випромінювань. Основні величини та одиниці в радіоекології. Джерела радіаційної небезпеки. Чутливість живих організмів (тварин, рослин) до іонізуючого випромінювання, його біологічна, фізична, хімічна дія.
реферат [382,9 K], добавлен 10.11.2015Морфологічні ознаки дріжджів: Saccharomyces cerevisiae, Shizosaccharomyces pombe та Saccharomycodesludwigii, їх практичне значення. Способи вегетативного розмноження дріжджів: брунькування, поділ. Брунькування поділом у дріжджів лимоноподібної форми.
презентация [868,1 K], добавлен 03.05.2017Основні джерела антропогенного забруднення довкілля. Вплив важких металів на фізіолого-біохімічні процеси рослин, зміни в них за впливу полютантів. Структура та властивості, функції глутатіон-залежних ферментів в насінні представників роду Acer L.
дипломная работа [950,6 K], добавлен 11.03.2015Види пошкодження рослин при низьких температурах. Фізіолого-біохімічні особливості морозостійкості рослин. Процес загартування, його фази. Загальна характеристика родини Пасльонових, дія низьких температур на рослини. Метод дослідження морозостійкості.
курсовая работа [72,0 K], добавлен 05.04.2014Участь супероксиддисмутази в адаптаційних процесах рослинних організмів. Пероксидаза як компонент ферментативного антиоксидантного захисту. Активність каталази в рослинних об'єктах за дії стресорів. Реакція антиоксидантних ферментів на стрес-чинники.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 11.02.2014Історія дослідження і вивчення ферментів. Структура і механізм дії ферментів. Крива насичення хімічної реакції (рівняння Міхаеліса-Ментен). Функції, класифікація та локалізація ферментів у клітині. Створення нових ферментів, що прискорюють реакції.
реферат [344,3 K], добавлен 17.11.2010Характеристика бактерій Rhodobacter sphaeroides, історія винайдення та етапи вивчення. Морфологічні ознаки клітин, особливості їх будови та генетики, екологія та фізіолого-біохімічні ознаки. Поновлювальні джерела енергії. Можливе використання бактерій.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 06.10.2014Історія дослідження фауни прісноводних молюсків Волині. Географічна характеристика району дослідження. Систематика прісноводних двостулкових молюсків. Вплив факторів зовнішнього середовища на поширення та екологічні особливості прісноводних молюсків.
курсовая работа [87,7 K], добавлен 16.01.2013
