Оренбургский государственный университет

Биотехнологические аспекты использования биоремедиаторов в экологических системах различного уровня организации

Проект № FSGU-2023-0007

Руководитель — Сальникова Е.В.

Экспериментальные исследования, проводимые по тематике, позволили установить высокий потенциал использования транзиторных пробиотических штаммов Bacillus sp. в качестве биокорректоров микроэлементозов в условиях острой интоксикации. Так в модельном эксперименте интоксикации крыс самцов линии Wistar кобальтом регистрируется значительный уровень снижения данного элемента в биологических образцах (кожный покров, мышечная и костная ткани) на фоне применения B. licheniformis ВКПМ В 7038 и составляет 45,88 % по отношению к группе контроля интоксикации. Столь значительный показатель характеризуется относительно равномерным извлечением кобальта из исследуемых образцов, что в свою очередь коррелирует с аналогичными показателями в контрольной группе применения данного штамма. Максимальные показатели выведения цинка регистрируются у крыс с использованием штамма B. subtilis 534 и составляют по отношению к аналогичному показателю контроля интоксикации 60,50 %, для штамма B. licheniformis ВКПМ В 7038 данный показатель составляет 35,29 %. Максимальные показатели сорбции и элиминации железа из организма лабораторных животных наблюдается в случае применения B. subtilis 534 и составляет 23,82 % по отношению к аналогичному показателю группы контроля интоксикации.

Установлено, что во всех исследуемых группах лабораторных животных на фоне интоксикации кобальтом и цинком на 7 сутки экспериментальных исследований регистрируется достоверно значимое увеличение активностей аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартатамино-трансферазы (АСТ) и щелочной фосфатазы в отношении интактной группы, что свидетельствует о выраженном гепатотоксическом действии избыточных концентраций элементов. Однако в отношении групп контроля интоксикации данные показатели имеют более низкие значения. Также установлено, что к 21 суткам исследования уровень исследуемых биохимических показателей приближается к референтным значениям на фоне значительного снижения элементов в тканях.

Однократное насильственное введение per os водных растворов CoSO4 в дозе 300 мг/кг, ZnSO4 - 75 мг/кг и FeSO4 - 150 мг/кг натощак самцам крыс линии Wistar (возраст 7 недель, вес 24010 г) приводит к развитию острой экспериментальной интоксикации. В условиях интоксикации кобальтом регистрируется динамическое увеличение содержания кобальта в костной ткани на 61,67 % (р<0,05), 60,35 % (р<0,05) и 64,06 % (р<0,01) на 7, 14 и 21 сутки эксперимента, соответственно, в кожном покрове и мышечной ткани к 21 дню эксперимента концентрация Co превышает фоновые значения на 36,21 % (р<0,05) и 27,08 %(р<0,05). При этом биохимические показатели сыворотки крови свидетельствуют о выраженном гепатотоксическом действии характеризующимся значительным увеличением показателей общего билирубина на 16,67 %, АЛТ на 55,74 % (р<0,001), АСТ на 22,02 % (р<0,01) и щелочной фосфатазы на 26,55 % (р<0,05) на 7 сутки исследования.

В условиях интоксикации Zn регистрируется значительное увеличение элемента в исследуемых образцах на 43,18 % (р<0,001), 43,27 % (р<0,001) и 80,34 % (р<0,001) в кожном покрове мышечной и костной тканях по отношению к интактным значениям, с последующим снижением концентрации цинка к 21 дню эксперимента на 15,15 %, 21,15 % (р<0,05) и 8,43 %, соответственно. Биохимические показатели сыворотки крови свидетельствуют о значительном влиянии цинка на метаболические процессы, сопряженные с увеличением уровня холестерина на 63,16 % (р<0,001) и глюкозы на 37,78 % (р<0,01), а также наличием гепатотоксического действия, что подтверждается увеличением общего билирубина на 17,32 %, активности АСТ на 9,51 % и щелочной фосфатазы на 28,04 %.

В модельном эксперименте интоксикации железом наблюдается увеличение содержания ионов Fe (р<0,001) на 14,13 %, 4,41 % и 10,83 % в кожном покрове мышечной и костной тканях, регистрируется значительное увеличение АЛТ на 20,83 % (р<0,01), АСТ на 44,19 % (р<0,001) и щелочной фосфатазы на 11,58 % (р<0,01), что на фоне снижения уровня общего билирубина на 14,57 % (р<0,01), что позволяет судить о наличии гепатотоксического действия.

Экспериментальные исследования по оценке уровня участия микробиома кишечника в физиолого-адаптационных механизмах в условиях острой интоксикации, свидетельствуют о наличии выраженной обратной зависимости между уровнем исследуемых микроорганизмов: установлено, что на 8 час исследования происходит снижение численности популяции E. faecium на 81,63 % и 57,78 % и увеличение численности популяции E. coli на 81,29 % и 85,81 % при интоксикации кобальтом и цинком соответственно по отношению к фоновому значению. В проводимых ранее исследованиях установлено, что уровень сорбции у E. faecium и E. coli в отношении Co, Zn и Fe составляет 7,9 % и 9,5 %, 38,4 % и 22,8 %, 63,3 % и 65,2 % соответственно, что обеспечивает частичное связывание и выведение цинка и железа из организма животных.

Экспериментальные данные по разработке методических подходов получения хелатных металлокомплексов на основе металлрезистентных бактериальных штаммов свидетельствуют о выраженной биологической активности хелатных кобальтсодержащих металлокомплексов, полученных бесклеточным методом, по отношению к использованию клеточной биомассы на 45,32 % (р<0,05) в отношении S. aureus, 56,12 % (р<0,001) P. aeruginosa, 42,91 % (р<0,01) B. subtilis, 53,85 % (р<0,05) S. enteritidis, 48,71 % (р<0,01) E.coli и 60,00 % Proteus sp, соответственно. Соединения Mg и Mn в тестируемых концентрациях прекурсора 0,1 мМ/мл ингибирующего действия на тестируемые штаммы не оказывают.