Экология. Экологический мониторинг

К.б.н. Бекшокова П.М., к.б.н. Гусейнова Н.О.

Дагестанский государственный университет, Россия

Распределение генотоксической активности в экстрактах воды и донных отложений Дагестанского побережья Каспийского моря

Для создания комплексной, высокоэффективной системы экологического мониторинга необходимо изучать не только содержание загрязнителей в окружающей среде, но также и дальнейшую судьбу поллютантов непосредственно в экосистемах, их накопление, перераспределение между компонентами среды.

Для оценки степени накопления мутагенных и канцерогенных ксенобиотиков различными компонентами экосистемы Каспийского моря нами была подсчитана доля проб (%), проявивших мутагенный эффект в тесте Эймса на штаммах сальмонеллы ТА 98 + ТА 100, среди экстрактов воды и донных отложений, собранных в точках отбора на Дагестанском побережье Каспия.

В нашем исследовании лишь экстракт воды из Нефтяной гавани (г. Махачкала) проявил достоверный уровень генотоксичности, обусловленный наличием промутагенных соединений. Это вызвано изоляцией Нефтегавани от окружающих вод, ее защищенностью от волн, ветра и морских течений. Экстракты воды, отобранной на открытых участках побережья не проявили генотоксической активности. Количество мутагенных экстрактов от общего числа исследованных составило 14%.

Подверженность водной среды Каспийского моря сгонно-нагонным явлениям, течениям, апвеллингу и другим природным явлениям, способствующим перемешиванию водных масс, делает этот компонент экосистемы Каспия непригодным для изучения отдаленных биологических последствий каким является генотоксичность, хотя вода и считается с давних пор традиционным объектом исследований экологов и токсикологов на предмет изучения содержания загрязняющих веществ. В связи с этим следует отметить, что большинство мутагенов и промутагенов – это ароматические и гетероциклические соединения и их канцерогенные свойства определяются, в основном, гидрофобностью, а, следовательно, их нахождение в водной среде недолговечно [5].

Гораздо более информативным явилось изучение генотоксичности экстрактов донных отложений, проявившейся в четырех точках из семи на Дагестанском побережье Каспийского моря. Донные отложения показали довольно высокую частоту накопления мутагенных ксенобиотиков, достигающую 64% среди общего количества исследованных экстрактов.

Это связано с гидрофобными свойствами большинства поллютантов, вызывающих генетические изменения. Большинство исследованных точек было так или иначе приурочено к источникам загрязнения нефтью и нефтепродуктами. В системе вода-нефть гидрофобные поллютанты, поступившие из других источников загрязнения, переходят в нефтяную фракцию. Так, например, установлено, что бенз(а)пирен, обладающий высоким коэффициентом распределения между углеводородами и водой, накапливается преимущественно в тонкой поверхностной углеводородной пленке. В свою очередь нефтяная пленка легко эмульгируется, осаждаясь на взвешенных частицах, высокое содержание которых характерно для приливной зоны, и в виде устойчивых эмульсий опускается в нижние слои воды, накапливаясь в донных отложениях, в которых и происходит ее захоронение на многие десятки и даже сотни лет. Недаром донные отложения называют отражением истории потоков стойких веществ в окружающую среду.

Таким образом, нефтяные углеводороды, растворяя в себе гидрофобные вещества (хлорорганические соединения, фосфорорганические соединения, ПАУ и т.д.) являются их аккумуляторами. В такой смеси проявляется синергизм генотоксических свойств различных загрязнителей, что установлено, в частности, для ПАУ и фосфорорганических соединений [4].

Генотоксичность экстрактов донных отложений Дагестанского побережья была обусловлена присутствием промутагенных соединений, вызывающих мутации типа замены оснований после взаимодействия с метаболической активирующей фракцией S9. Исключением явился экстракт донных отложений устья р. Терек, который проявил и прямую и непрямую генотоксичность, выявленную с использованием штамма сальмонеллы ТА 100.

Наличие высокой частоты генотоксичности, проявленной экстрактами донных отложений имеет большое значение в связи с тем, что детрит донных отложений является одним из первых звеньев пищевой цепи для многих пелагических и бентосных организмов, в частности, бокоплавов, креветок, крабов, бычков.

Способность многих загрязнителей накапливаться в донных отложениях, значение детрита донных отложений как начального звена пищевой цепи, а также удобство сбора, стабильность донных отложений как составной части водной среды позволяет предположить их в качестве предпочитаемого компонента гидросферы для проведения генотоксического мониторинга с использованием теста Эймса, особенно в районах с предполагаемым нефтяным загрязнением.

Одним из характерных свойств мутагенных и канцерогенных ксенобиотиков является их аккумуляция в пищевых цепях, достигающая максимума в тканях высших организмов: рыб, морских птиц, млекопитающих, а при использовании в пищу любого их этих компонентов и у человека.

Анализ данных, полученных при исследовании генотоксической активности экстрактов образцов с помощью теста Эймса сальмонелла/микросомы, показывает, что подобное накопление имеет место и в пищевых цепях экосистемы Каспийского моря. Так, в нашем исследовании была изучена генотоксичность тканей бычка-кругляка Neogobius melanostomus, обитающего во всех районах моря, преимущественно в зоне прибрежных мелководий.

Результаты изучения генотоксичности экстрактов печени, мышц, икры бычка-кругляка показали, что во всех исследованных точках Дагестанского побережья Каспийского моря была зафиксирована генотоксическая активность хотя бы одной, а во многих случаях и нескольких тканей. При этом обнаружено, что в тканях бычков накапливаются прямые и промутагенные генотоксические ксенобиотики, вызывающие мутации у обоих тестовых штаммов сальмонеллы. Эти данные прямо указывают на накопление мутагенных и промутагенных соединений в организме бычков.

Одновременно выявлены и тканевые особенности накопления мутагенных ксенобиотиков. Наибольшей способностью к накоплению мутагенных и промутагенных соединений обладает печень бычков: генотоксические соединения обнаружены в 83% изученных экстрактов. Реже генотоксичность проявляется в мышцах и еще реже в икре: количество мутагенных экстрактов от общего числа исследованных составляет, соответственно, 50 и 33% (рис. 1).

Печень, являясь основным органом детоксикации чужеродных соединений, накапливает ксенобиотики в большом количестве, что изучено, к примеру, для водорастворимых фракций нефти и нефтяных углеводородов [1]. Это свойство позволило некоторым исследователям предложить использовать печень бычков в качестве основного тестируемого органа при проведении мониторинга генотоксичности морских экосистем [3].

Рис. 1. Доля проб (%), проявивших мутагенный эффект в тесте Эймса на штаммах сальмонеллы ТА 98 + ТА 100, среди всех исследованных экстрактов компонентов экосистемы Каспийского моря. Исследованные образцы: 1 – бычки (гомогенат тканей); 2 – печень бычков; 3 – мышцы бычков; 4 – икра бычков.

Мышечная ткань накапливает мутагены, по-видимому, за счет имеющегося в ней жирового слоя, содержание которого во многом влияет на накопление большинства мутагенных соединений, обладающих гидрофобной природой. Так, например, хлорорганические соединения и полихлорбифенилы хорошо накапливаются в жировой ткани и мозге рыб, а содержание ПАУ зависит от содержания жира в ткани [2].

Реже всего достоверный уровень генотоксической активности, как уже отмечалось выше, был зафиксирован в икре бычков. Это связано с тем, что, являясь специфической тканью, икра формируется лишь в течение сезона размножения и не успевает накопить достаточно высокого количества мутагенов.

Тем не менее, половые органы рыб характеризуются высоким содержанием жиров и липидов, что способствует накоплению в них мутагенных и канцерогенных ксенобиотиков.

Несмотря на то, что детоксицирующие биохимические механизмы рыб развиты лучше, чем у более примитивных организмов (ракообразных, моллюсков) и представлены целым рядом окислительных реакций, которые приводят к метаболической активации промутагенных соединений, в наших исследованиях в тканях бычков обнаружена равная по частоте проявления прямая и непрямая генотоксическая активность, что свидетельствует о достаточно высокой степени накопления промутагенов у бычков, с которыми детоксицирующая система не успевает справляться.

Литература:

1. Михайлова Л.В., Анисимова С.В., Стругова А.С. Накопление нефтяных углеводородов в различных звеньях пищевой цепи водоема и их связь с биосубстратами// Эксперим. вод. токсикол. – 1986. - N 11. – С. 168-177.

2. Ровинский Ф.Я., Воронова Л.Д., Афанасьев М.И. и др. Фоновый мониторинг загрязнения экосистем суши хлорорганическими соединениями. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. – 270 с.

3. Степанова Л.И., Каренгин С.В., Котелевцев С.В., Глазер В.М. Генотоксичность экстрактов гидробионтов различных районов Каспийского и Черного морей// Докл. всесоюз. совещ. «Эколого-генетический мониторинг состояния окружающей среды». – Караганда, 1990. – С. 114-115.

4. Ali F., Lazar R., Haffner D., Adeli K. Development of a rapid and simple genotoxicity assay using a brown bullhead fish cell-line: application to toxicological surveys of sediments in the Huron – Eril corridor // J. Great Lakes Res. – 1993. – V.19, N2. – P. 342-351.

5. Zhang L., Sannes K., Shustermann A.J., Hansh C. The structure – activity relationship of skin carcinogenicity of aromatic hydrocarbons and heterocycles// Chem. Biol. Interact. – 1992. – V.81, N 1-2. – P. 149-180.