Примерный перечень тест-объектов и тест-реакций, используемых в системе первичной оценки безопасности ксенобиотиков

Биологическая активность	Тест-объект	Функциональное назначение (тест-реакция)
Генерализированная реакция кле­ток	Водоросли, бактерии, дрожжи	Определение концентрации, при которой наблюдаются измене­ния формы, размеров клеток, отделы структур и т. д.
Проницаемость	Кожа лягушки, стенка желудка и стенка тонко­го кишечника крысы, водоросли, эритроциты	Определение скорости про­никновения ксенобиотика, оценка изменений
Острая токсичность	Бактерии, дрожжи, во­доросли, эритроциты, лимфоциты	Установление зависимости эффект-концентрация (доза) -время (LD50, LC50 )
Токсичность для элементов генети­ческой системы	Бактерии, дрожжи, водо­росли, клетки высших растений, дрозофила	Определение тропности к ДНК, способность вызывать мутации
Токсичность для иммунной систе­мы и клеток крови	Эритроциты, лимфоци­ты, альбумиты, сыворот­ка крови	Установление концентрационно-временных эффектов, реак­ция антиген-антитело, бласт-трансформация лимфоцитов
Токсичность для половых клеток	Сперматозоиды, яйце­клетки	Влияние на подвижность, деление
Нейротоксичность	Моллюски, синаптосомы мозга крысы, нервное волокно	Выявление изменения элек­трофизиологических показа­телей (мембранный потенци­ал проводимости, потенциал действия)
Тканевая троп-ность	Дольки печени, полоски сердечной мышцы, эпителиальная ткань	Установление сравнительной чувствительности различных тканей к повреждающему действию ксенобиотика
Сенсибилизи­рующая способ­ность	Тетрахимена, бактерии, эритроциты	Определение изменения чув­ствительности тест-объектов к нагреванию, световому излу­чению и т. д.

14. Экологический мониторинг среды. Биотесты и биоиндикаторы. Использование приемов биотестирования в системе экологического мониторинга.

Технологические и технические решения, реализованные в системе биологических испытаний, могут использованы в кон­кретных системах и комплексах для контроля за состоянием окру­жающей среды и отдельных ее блоков: атмосфера, вода, почва. это может стимулировать развитие одного из перспективных направлений в процедуре контроля - использова­ние биологических объектов и разработке на их основе биодатчиков.

чаще используются биологические методы контроля, с помощью которых наблюдение ведется за реакцией на загрязнение живого объекта, т. е. объект выступает как составная часть измери­тельной системы.

три различных подхода к применению биологических объектов в качестве тестовых: (рис. 12.1):

1. Использование организмов, входящих в данный биогеоценоз, за состоянием которых ведется слежение (биоиндикаторы).

2. Использование организмов, исходно не имеющих отношения к тестируемому биогеоценозу, но вводимых туда искусственно (экзо­генные биоиндикаторы).

3. Использование объектов, не имеющих отношения к данному биогеоценозу, выращенных или взятых в контролируемых условиях и применяемых в качестве чувствительных элементов прибора, контро­лирующего состояние среды (биодатчик).

охрана природы является создание мониторинга - системы непрерывного контроля за химическим загряз­нением среды. в мониторинге предпочтительней физико-химические методы контроля, позволяющим измерять концентрации компонентов или других показателей среды. допустимый уровень загрязнения среды химическими вещест­вами определяется предельно допустимой концентрацией (ПДК) для каждого вещества.

применение критерия ПДК не обеспечивает необходимую степень безопасности живых организмов. Биологическая активность различных веществ, проявляющаяся в их отрицательном воздействии на организм человека, может быть представлена различ­ными типами. Поэтому к недостаткам использования ПДК в системе контроля загрязнения среды отнесят следующие:

1. ПДК отражает токсичность только для конкретного типа организма и поэтому не является универсальным критерием безопасности вещества.

Методы контроля влияния ксенобио­тиков на биосферу

Рис. 12.1. Методы контроля за химическим загрязнением биосферы (вариант классификации)

2. в атмосфере присутствует загрязненая слож­ная смесь исходных веществ и веществ вторичного происхождения, возникающих как продукты исходных реакций. Это приводит к обес­цениванию ПДК применительно к одному индивидуальному веществу: содержание каждого из компонентов такой смеси в кон­центрациях, ниже ПДК, не гарантирует ее безопасности.

4. При разработке норм допустимого содержания химических ве­ществ в среде не учитывается их накопление в конечных звеньях пищевых цепей, так как все звенья этих цепей во многих слу­чаях нельзя определить.

5. Различие в метаболических превращениях поллютантов у разных организмов.

6. Дороговизна установления одной нормы ПДК.

7. Химические соединения, попав в экосистему, могут действовать на всех ее живых представителей. Это приводит к таким непредсказуе­мым нарушениям, которые, в конце скажутся на человеке.

8. В процессе биотрансформации может появится более ток­сичных ксенобиотиков.

для создания мероприятий, обеспечиваю­щей безопасность людей в среде, загрязненной продуктами химической деятельности человека, необходимы: разработка научно обоснованных подходов для выбора критериев, определяющих безопасность человека и других живых компонентов биосферы, развитие технологиче­ских и инженерно-технических методов и техники экспресс-анализа, обеспечивающих непрерывный контроль за состоянием среды.

При проведении исследований система открывает под­ходы к пониманию механизмов «отрицательного» действия опреде­ленных классов ксенобиотиков и ведет к тому, чтобы сформулировать на этой основе задания на разработку защитных мероприятий.

За рубежом биологические тесты включены в качестве нормативных документов в систему оперативного контроля загрязнения окружающей среды, достижения в области их стан­дартизации (Англия, Франция, Германия, Япония, Польша и др.).

Результаты биологического тестирования, выполненные по любой методике, представляются в виде некоторых численных показателей — одного (например, LC50) или нескольких. Для получения инфор­мативных результатов нужно определяемых тестовых процедур, было большим. Пример - Возьмем в качестве тест-объекта дафнии и будем регистри­ровать только живых или погибших. в испытуемой пробе воды все они погибли. Значит, в реке присутствуют какие-то токсические вещества. Ничего на основании этого теста и одно­го показателя сказать нельзя (т. к. концентрации поллютантов в пробе неизвестны). При известных концентрациях можно сказать что-то до­полнительно, т. к. одни классы химических соединений токсичны в концентрациях более высоких, другие - в менее. помимо дафний, другой объект - коловраток. различия: а) погибли дафнии, уцелели коловратки; б) погибли коловратки, уцелели дафнии; в) погибли те и другие. к одним классам поллютантов чув­ствительны дафнии, к другим - коловратки. случай (б) еще ни о чем не говорит: в водоем попало большое ко­личество поллютанта, и хотя коловратки выносят в 1000 раз большие концентрации, их это не спасло. проблему решить можно -последовательно разбавить испытуемую пробу.

Например, представим относительную чувствительность в виде по­казателей:

А=(LС₅₀)^кол/ (LС₅₀)^лаф

поллютант можно отнести к одному из условных классов токсикантов. химическую природу соеди­нения установить невозможно. известно, что коловратки выдер­живают в 100 раз большие концентрации свинца, чем дафнии (А=100), а испытания проб воды дали результат А=0,001, свинец здесь ни при чем, т. е. аварийный сброс произошел не у предприятия, в сточных водах которого содержится свинец.Должна играть роль авто­матизация процесса измерений, сбора и обработки информации.

В Англии создана автоматизированная система биологического контроля качества воды с помощью рыб. В проточный аквариум по­мешается форель. При подаче загрязненной воды под влиянием пол­лютантов она ослабевает и сносится в задний отсек, где стоит фото­элемент, возникает сигнал опасности.

В СССР была создана установка, в которой в каче­стве тест-объекта используются рыбы. Эффект загрязнения регистри­руется по изменению характера движения жаберных крышек. Соответ­ствующая временная зависимость регистрируется автоматически и впоследствии регистрируется с помощью ЭВМ

Разработан и автоматизированный индикатор контроля загрязнения водной среды на основе регистрации электрофизиологических пара­метров клеток харовых водорослей.

суть метода и общие принципы работы подоб­ного индикатора, позволяющего осуществлять интегральную оценку состояния окружающей среды (почва, вода) в автоматическом режиме. токсические эффекты ксенобиотиков проявляются че­рез нарушение нормального течения различных жизненных отправле­ний организмов, обитающих в воде или потребляющих воду в том или ином виде.

Биологические мембраны чувствительны ко многим ксено­биотикам. Присутствующие в окружающей среде чужеродные соедине­ния вызывают модификацию структурно-функциональных характери­стик мембран, в результате происходят изменения электрических параметров клетки. На этом эффекте и основан метод электроальгологи-ческого (algae - водоросль) анализа состояния среды. Суть его :Накануне отпрепарированная от таллома интериодальная клетка харовой водоросли помещается в измерительную кассету (каме­ру), через которую пропускается контрольный раствор .

Регистрируются два параметра - разность электрических потенциа­лов (РЭП) и сопротивление (проводимость) протоплазматической мембраны. Затем через экспериментальный отсек пропускается, на­пример, проба водной среды и регистрируются сдвиги указанных па­раметров от контрольной величины (рис. 12.3). По наблюдаемым ве­личинам отклонений параметров от контрольных судят о наступивших сдвигах в компонентном составе среды. Для расширения диагностиче­ских возможностей метода использовали также показатели обратимо­сти реакции, т. е. регистрировались величины параметров при замене испытуемой пробы на контрольный раствор

В последние годы в качестве аналитических индикаторов предлага­ется использовать различные виды микроорганизмов, поскольку среди них можно выбрать штаммы, избирательно чувствительные к самым разнообразным ксенобиотикам. удобными для использова­ния являются споровые и кокковые микроорганизмы. Использование микроорганизмов в качестве чувствительных элементов биодатчиков позволяет получить информацию о содержании ряда ксенобиотиков с учетом процессов их трансформации в природных объектах. В качест­ве тест-реакций регистрируются ростовые реакции (численность кле­ток, динамика накопления биомассы, гибель и т. д.), ферментативные реакции (изменение ферментативной активности) и др.

система испытаний биологической ак­тивности чужеродных соединений, в частности ксенобиотиков, откры­вает широкие возможности не только для использования ее в системах контроля за состоянием окружающей среды. Она может служить и своеобразным полигоном для отбора новых биодатчиков, выбора их наиболее чувствительных характеристик и т. д. информа­ция о биологической активности ксенобиотиков и окружающей среды % позволяет дать прогностическую оценку их безопасности и разрабо­тать мероприятия по снижению воздействия химического пресса на всю биосферу, и человека в частнос