Токсичные вещества поступают в воду со стоками с сельскохозяйственных полей, выбросами предприятий, нефтедобычи, судоходной деятельности и др. Особую опасность представляют канцерогены, которые накапливаются в морских организмах и донных отложениях. По пищевой цепочке они могут попадать в рыб, включая семгу и форель, которые активно употребляются в пищу человеком.
Ученые разработали альтернативное решение — lux-биосенсоры на основе генетически модифицированных бактерий Escherichia coli и Bacillus subtilis. В их ДНК ученые встроили гены биолюминесценции, которые заставляют бактерии светиться, а также стресс-зависимые промоторы, включающие эти гены при окислительном стрессе, алкилировании ДНК и некоторых других специфических повреждений клеточных компонент, сообщили в пресс-службе МФТИ.
Такие бактерии стали мощным инструментом экологического мониторинга, который с помощью света быстро и с высокой точностью сигнализирует ученых о степени токсичности окружающей среды.
«В отличие от химических анализов воды, которые проводят в лаборатории, lux-биосенсоры выявляют не конкретные химические соединения, но их комплексное воздействие и накопление в морских организмах. Исследование их тканей напрямую работает как система раннего предупреждения. Оно позволяет определить загрязнение водоёма ещё до того, как уровень вредных веществ станет опасным для человека. По сути, маленькие рачки, аккумулируя в себе токсичные агенты, становятся первыми индикаторами скрытой опасности для экосистемы, ведь они — важные составляющие пищевой цепи», — поделилась Ульяна Новоятлова, сотрудник лаборатории молекулярной генетики МФТИ.
Таким образом, ученые не только подтвердили эффективность применения lux-биосенсоров для выявления токсичных веществ в морских донных отложениях, но и обнаружили способность отдельных донных организмов накапливать алкилирующие соединения.
Образцы донных отложений отбирали с помощью дночерпателя «Океан-0,25». Затем донные организмы отделяли от субстрата промывкой с последующей видовой идентификацией, измельчением и разделением центрифугированием. Надосадочную жидкость использовали для оценки токсичности тканей животных. Донные отложения представляли собой фракцию переувлажненного ила, иногда с включениями песка. Жидкость, полученную центрифугированием в течение 5 мин, использовали для оценки содержания токсикантов.
Каждую отдельную амфиподу помещали в микропробирку и гомогенизировали с добавлением 30 мкл пастеризованной морской воды (собранной на станции сбора). После гомогенизации образцы центрифугировали при 10 000 об/мин для разделения жидкой и твердой фракций, а 20 мкл супернатанта использовали для дальнейшего анализа.
В работе использованы цельноклеточные lux -биосенсоры, способные определять окислительный стресс, SOS-ответ, алкилирование ДНК и общую токсичность.
Клетки биосенсора помещали в субкультуры объемом 200 мкл в отдельные пробирки объемом 1,5 мл без накидки и добавляли 20 мкл исследуемого соединения (вода или супернатант из гомогенизированной ткани амфипод). Клетки инкубировали без встряхивания при 32°C для B. subtilis или комнатной температуре для E. coli с повторными прямыми измерениями общей биолюминесценции. Перед каждым измерением люминесценции клетки с добавленными образцами перемешивали в течение двух секунд с помощью вортекс-шейкера. Интенсивность биолюминесценции измеряли в субкультурах клеточной культуры объемом 200 мкл с помощью микропробирок с люминометром Biotox-7BM.
Результаты исследования опубликованы в журнале Biochemistry (Moscow).
