Биотестирование

Происхождение названия:

Описание:

Метод анализа заключающийся в определении действия токсикантов на специально выбранные организмы в стандартных условиях с регистрацией различных поведенческих, физиологических или биохимических показателей. Биотестирование широко применяется для контроля качества природных и токсичности сточных вод, при проведении экологической экспертизы новых технологий очистки стоков, при обосновании нормативов предельно допустимых концентраций загрязняющих компонентов.

Применение биотестирования имеет ряд преимуществ перед физико-химическим анализом, средствами которого часто не удается обнаружить неустойчивые соединения или количественно определить ультрамалые концентрации экотоксикантов. Довольно часты случаи, когда выполненный современными средствами химический анализ не показывает наличия токсикантов, тогда как использование биологических тест-объектов свидетельствует об их присутствии в исследуемой среде. Биотестирование дает возможность быстрого получения интегральной оценки токсичности, что делает весьма привлекательным его применение при скрининговых исследованиях.

В отличие от биоиндикаторов, одним из основных требований к которым является толерантность, тест-объекты обычно выбирают среди наиболее чувствительных к загрязняющим компонентам видов. Другое важное требование заключается в том, что воздействие на тест-объект токсиканта должно вызывать ответную реакцию, аналогичную или близкую к реакциям лабораторных животных. Знание механизмов специфического токсического действия позволяет ослаблять или усиливать действие токсиканта с помощью специально подобранных фармакологических средств. Если последние обладают селективностью, то в ряде случаев становится возможным с помощью тест-объектов не только обнаружить токсический эффект, но и произвести групповую идентификацию токсиканта. Усиление действия с помощью фармакологических средств позволяет снизить порог обнаружения токсиканта, не прибегая к его концентрированию (прием, обычный при инструментальном физико-химическом анализе примесей).

Для оценки качества вод с начала 1930-х годов используют дафнию (Daphnia magna). К настоящему времени выполнено множество работ по определению действия на дафнию большинства обнаруживаемых в водных объектах ксенобиотиков. В законодательном порядке этот веслоногий рачок включен в число тест-объектов для оценки качества воды во многих странах мира. Широко используют для биотестирования воды и медицинскую пиявку (Hirudo medicinalis).

Рассмотрим использование этих тест-объектов для обнаружения и идентификации в воде некоторых классов пестицидов. К числу наиболее токсичных химических соединений относятся фосфорорганические и карбаматные пестициды, обладающие антихолинэстеразным действием. В эту группу входят и некоторые боевые отравляющие вещества (зарин, зоман, V-газы), уничтожение которых также приводит к загрязнению природных сред, включая водные объекты. Для обнаружения в воде антихолинэстеразных соединений обычно используют очищенные холинэстеразы. В основе этого метода, не отличающегося высокой чувствительностью, лежит способность токсикантов снижать активность фермента.

Обнаружение антихолинэстеразных соединений более эффективно может производиться с помощью дафний, которые в сравнении с мышами в 5-18 раз чувствительнее к карбаматным пестицидам и в 1000—75 000 раз чувствительнее к фосфорорга-ническим соединениям (Тонкопий и соавт., 1993). Методология определения сводится к следующему. Если у дафний, помещенных в пробу тестируемой воды, отмечается 50-100%-ная гибель, а при помещении в ту же воду с добавленным в нее алкалоидом атропином (известный антидот, м-холинолитик) токсическое действие достоверно снижается, то это свидетельствует о наличии в пробе воды соединения с антихолинэстеразным действием. Так, при задании в воде концентрации атропина 12 мг/л величина ЛК50 карбаматного пестицида аминостигмина для дафний увеличивалась с 12 до 84 мкг/л, т. е. в семь раз.

С другой стороны, добавление в испытуемую воду миорелаксанта дитилина приводит к уменьшению полулетальной концентрации антихолинэстеразных пестицидов: гибель 50 % дафний наблюдается уже при концентрациях пестицидов на уровне 0,05-0,25 JIKso- Такой эффект позволяет обнаруживать антихолинэстеразные токсиканты при их содержании в нетоксических концентрациях и, что очень важно, регистрировать хроническое воздействие.

В опытах с медицинскими пиявками была продемонстрирована также возможность селективного обнаружения фосфорор-ганических и карбаматных токсикантов. Летальность при отравлении пиявок карбаматными пестицидами снижается в четыре раза, если животных предварительно выдерживают в воде с добавкой к-холинолитика педифена (1 мг/л) или вводят его внутримышечно. Если же токсическое действие тестируемой пробы воды предотвращается только при одновременной обработке пиявок педифеном и каким-либо карбаматом, то это говорит о наличии в пробе фосфорорганических соединений (Тон-копий и соавт., 1994). В этом случае мы имеем дело с примером групповой биоидентификации токсиканта.

Кроме дафний и пиявок для биотестирования применяются бактерии, водоросли, высшие растения, моллюски, рыбы (главным образом, на ранних стадиях развития) и другие организмы. Каждый из этих объектов имеет свои преимущества и ограничения, и ни один из организмов не может служить универсальным "тестером", одинаково чувствительным ко всем загрязняющим веществам. С другой стороны, нецелесообразно бесконечно расширять круг биологических тест-объектов.

По чувствительности и степени изученности среди других тест-объектов кроме дафний (D. magna, D. pulex) выделяются несколько видов микроскопических одноклеточных зеленых водорослей из класса протококковых (сценедесмус Scenedesmus quadricauda, хлорелла Chlorella sp.) и пять-шесть видов рыб, как аквариумных, так и мелких аборигенных (голец, гольян). Опыт токсикологического нормирования показывает, что при использовании этих видов биотестированием может быть охвачено более 80 % подлежащих контролю загрязняющих воду химикатов.