ВЛИЯНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА АКТИВНОСТЬ ЛИЗОСОМАЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ МИДИЙВ АКВАРИАЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ
Р.У. Высоцкая, В.С. Амелина, И.Н. Бахмет
Учреждение Российской академии наук Институт биологии Карельского научного центра РАН, г. Петрозаводск, Россия
e-mail: rimma@bio.krc.karelia.ru
Нефть и продукты ее переработки наряду с тяжелыми металлами и пестицидами являются одними из самых распространенных загрязняющих гидросферу веществ (Патин, 2001).
Увеличение масштабов загрязнения Мирового океана нефтепродуктами и его последствия вызывают обеспокоенность экологов и других специалистов, связанных с охраной природы и рациональным использованием ресурсов (Яблоков, Остроумов, 1985). Негативное воздействие нефтяного загрязнения на биоту прослеживается на всех звеньях пресноводных и морских экосистем (Михайлова, 2005). Наибольшую опасность для живого представляют водорастворимые фракции нефти, содержащие ароматические углеводороды, которые обладают токсическим, тератогенным и мутагенным действием. Многие из нефтепродуктов могут накапливаться, удерживаться, метаболизироваться в организмах гидробионтов и передаваться по пищевым цепям (Проблемы химического загрязнения..., 1985). Кроме прямого воздействия на микроорганизмы, растительность, беспозвоночных, рыб и других водных животных эти токсиканты оказывают влияние на процессы гамето- и эмбриогенеза, развитие личинок и молоди рыб (Павлов и др., 1994; Акимова, Рубан, 1996; Коваленко, 2004; Давыдова, Черкашин, 2007).Проблема антропогенного загрязнения водных объектов, в том числе углеводородами, актуальна и для бассейна Белого моря (Богдан, Шкляревич, 2008). Это связано с активной экономической жизнью и намечающимся освоением новых месторождений в данном регионе. Для оценки экологической ситуации в водоемах широко используются различные системы мониторинга и тестирования, включающие наряду с другими биохимические методы (Немова, Высоцкая, 2004; Мензоро- ва, Рассказов, 2007; Aas et al., 2000; Willett, 2000; Teraoka et al., 2003).
Физиолого-биохимические механизмы устойчивости представителей беломорской биоты к возрастающим антропогенным нагрузкам изучены недостаточно. В связи с вышесказанным в последние годы этим аспектам стали уделять больше внимания при проведении комплексных исследований в натурных и лабораторных условиях.В задачу исследования входило изучение влияния нефтепродуктов на активность ферментов мидии Mytilus edulis L. - типичного представителя макрозообентоса Беломорского побережья. Эксперименты проводили на ББС ЗИН РАН «Картеш». Плотовых мидий, предварительно акклимиро- ванных к лабораторным условиям, помещали в аквариумы с морской водой. В качестве действующего нефтепродукта использовали дизельное топливо, которое разводили водой в соотношении 1:9. В опытные аквариумы вносили 15, 50, 100 и 0 мл смеси. Учитывая высокую поглощающую способность морской воды, аквариум с мидиями, которые служили истинным контролем, содержали в отдельной изотермической комнате. Экспозиция составляла 6 суток. Для исключения асфиксии из-за образования нефтяной пленки вода в аквариумах аэрировалась. На биохимический анализ брали сборные пробы ноги, дистального (краевого) и проксимального отделов мантии моллюсков. Приготовление гомогенатов и определение активности лизосомальных ферментов (РНКазы, ДНКазы, β- галактозидазы, β-глюкозидазы, кислой фосфатазы) и альдолазы проводили по методикам, принятым в лаборатории (Высоцкая, Немова, 2008).
Результаты исследований показали, что активность ферментов в исследованных тканях мидий существенно изменялась в зависимости от дозы дизельного топлива (рис. 1, 2). Активность обеих нуклеаз наиболее заметно повышалась в мантии при концентрации нефтепродуктов 0.1 мл/л. В ноге активность ДНКазы была снижена. Выявленные сдвиги в активности нуклеаз могут быть расценены как адаптация к повышенному содержанию нефтепродуктов в среде обитания. Мидии являются мощными фильтраторами (Миронов и др., 1985). Пропуская через себя большую массу воды с нефтепродуктами, они накапливают последние и частично их метаболизируют.
Для биосинтеза ферментов, участвующих в утилизации и биотрансформации накопленных нефтепродуктов, необходимо перераспределение внутриклеточных ресурсов. Повышенный уровень РНКазы свидетельствует об активных биосинтетических процессах. Подтверждением этой точки зрения являются данные о том, что у моллюсков под влиянием низких концентраций нефти наблюдается усиленный синтез РНК (Проблемы химического загрязнения., 1985).Обращает на себя внимание резкое повышение активности кислой фосфатазы в краевой части мантии во всех вариантах опыта, в ноге оно значительно менее выражено, а при большой концентрации нефтепродуктов отмечено ее снижение. Возможно, это объясняется синтезом большого числа лизосом с набором ферментов, участвующих в превращениях поглощенных нефтепродуктов. Известно, что захваченные чужеродные вещества попадают в лизосомы и там подвергаются деструкции. Наиболее активно эти процессы происходят в краевой части мантии. В мышечной ткани ноги указанная лизосомальная реакция выражена слабо. С другой стороны, максимальное повышение ак-
тивности лизосомальной глюкозидазы под влиянием нефтепродуктов происходило именно в ноге моллюсков. Активность этого фермента в мантии изменялась мало, а при высокой концентрации дизельного топлива даже снижалась. Объяснение данным фактам можно найти в особенностях энергетического обмена мидий в условиях гипоксии, которая развивается под воздействием нефтепродуктов (Головина, Бочко, 2005; Zwaan, Eertman, 1996). В отличие от рыб у моллюсков под влиянием токсикантов наблюдалось снижение активности цитоплазматической альдолазы в дистальной и проксимальной части мантии, небольшое повышение его при малых концентрациях нефтепродуктов и снижение при высокой дозе токсиканта. Переход на анаэробные пути обеспечения энергией у мидий включает в работу неспецифические гликозидазы, обеспечивающие повышенным количеством необходимых субстратов.
Рис 1.
Изменение активности лизосомальных РНКазы (А) и ДНКазы (В) в тканях мидии Mytilus edulis L. подвоздействие различных концентраций дизельного топлива, % к контролю. Концентрации: 1 - 0.1 мл/л; 2 - 0.3
мл/л; 3 - 1.0 мл/л дизельного топлива.
Рис 2. Изменение активности β-глюкозидазы (С) и кислой фосфатазы (D) в тканях мидии Mytilus edulis L. под воздействие различных концентраций дизельного топлива, % к контролю. Обозначения как на рис. 1.
Таким образом, в результате исследований установлено, что под влиянием дизельного топлива в организме мидий происходят адаптивные сдвиги активности лизосомальных ферментов, направленные на утилизацию и биотрансформацию нефтепродукта, а также обеспечение процессов жизнедеятельности в токсичной среде. Изменение активности ферментов зависело от дозы испытуемого вещества и специфики выполняемой органом моллюска функции.
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов Президента РФ для ведущих научных школ НШ- 4310.2006.4, НШ-306.2008.4 и Программы ОБН РАН «Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами» (2006-2008 гг.).
Литература
Акимова Н.В., Рубан Г.И. 1996. Систематизация нарушений воспроизводства осетровых (Acipenseridae) при антропогенном воздействии // Вопросы ихтиологии. Т. 36, № 1. С. 65-80.
Богдан В.В., Шкляревич Г.А. 2008. Оценка состояния прибрежных экосистем Белого моря по экологобиологическим и биохимическим показателям у амфипод // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. № 1. С. 61-73.
Высоцкая Р.У., Немова Н.Н. 2008. Лизосомы и лизосомальные ферменты рыб. М.: Наука. 284 с.
Головина И.В., Бочко О.Ю. 2005. Влияние полихлорбифенилов на активность ферментов в тканях мидий Mytilus galloprovincialis // Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов. Петрозаводск: КарНЦ РАН. С.45-48.
Давыдова С.В., Черкашин С.А. 2007. Ихтиопланктон Восточного шельфа острова Сахалин и его использование как индикатора состояния среды // Вопросы ихтиологии.
Т. 47, № 4. С. 494-505.Коваленко В. Ф. 2004. Влияние нефтепродуктов на газообмен у сеголеток карпа // Гидробиол. журнал.
Т. 40, № 5. С. 65-70.
Мензорова Н.И., Рассказов В.А. 2007. Использование различных тест-систем и биохимической индикации для мониторинга экологического состояния бухты Троицы (Японское море) // Биология моря. Т. 33, № 2.
С. 144-149.
Миронов О.Г., Миловидова Н.Ю., Щекатурина Т.Л. 1985. Некоторые особенности устойчивости черноморских мидий к углеводородному загрязнению // Экспериментальная водная токсикология. Вып. 10. Рига:
Зинатне. С. 84-87.
Михайлова Л.В. 2005. Регламентация нефти в донных отложениях (ДО) пресноводных водоемов // Современные проблемы водной токсикологии. Тез. докл. Междунар. конф Борок: ИБВВ РАН. С. 97-98.
Немова Н.Н., Высоцкая Р.У. 2004. Биохимическая индикация состояния рыб. М.: Наука. 216 с.
Павлов Д.С., Савваитова К.А., Соколов Л.И., Алексеев С.С. 1994. Редкие и исчезающие животные. Рыбы. М.: Высшая шк. 334 с.
Патин С.А. 2001. Нефть и экология континентального шельфа. М.: Изд-во ВНИРО. 247 с.
Проблемы химического загрязнения вод Мирового океана. Т. 4. Влияние нефти и нефтепродуктов на
морские организмы и их сообщества. 1985. / Под ред. О.Г. Миронова. Л.: Гидрометеоиздат. 136 с.
Яблоков А.Я., Остроумов С.А. 1985. Уровни охраны живой природы. Л.: Наука. 176 с.
Aas E., Baussant T., Liewenborg B., Andersen O.K. 2000. PAH metabolites in bile, cytochrome P4501A and
DNA adducts as environmental risk parameters for chronic oil exposure: a laboratory experimental with Atlantic cod // Aquat. Toxicol. Vol. 51, no. 2. P. 241-258.
Teraoka H., Dong W., Tsujimoto Y., Iwasa H., Endoh D., Ueno N., Stegeman J.J., Peterson R.E., Hiraga T. 2003. Induction of cytochrome P-450 1A is regulated for circulation failure and edema by 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo- p-dioxin in zebrafish // Biophys. Res. Commun. Vjl. 304, no. 2. P. 223-228.
Willett K.L. 2000. Evidence for and against the presence of polynuclear aromatic hydrocarbon and 2,3,7,8- tetrachloro-p-dioxin binding hroteins in the marine mussels, Bathymodiolus and Modiolus modiolus // Aquat. Toxicol. Vol. 48. P. 51-64.
Zwaan A., Eeterman R.H.M. 1996. Anoxic or aerial survival of Bivalves and other euryoxic Invertebrates as a useful response to environmental stress // Comp. Biochem. Physiol. Vol. 113 C, no. 2. P. 299-312.