Разработка основ промышленного, сельскохозяйственного и экологического мониторинга на основе техники испытания биологической активности ксенобиотиков

Большой объем научной информации, получаемой в резуль­тате испытания чужеродных соединений на биологическую активность, позволяет создавать не только эффективные лекар­ственные препараты, но и разнообразные вещества для нужд сельского хозяйства и других отраслей. Например, в животно­водстве — это препараты ветеринарного назначения, включая адаптогены, стимуляторы, криоконсерванты для искусственно­го осеменения, в растениеводстве — новые эффективные пести­циды, ростовые вещества, безопасные для человека, мутагены для выведения новых сортов и т.д.

В пищевой промышленности введение такой системы испы­таний позволит обеспечить биологическую безопасность исполь­зуемых пищевых добавок, консервантов, антибактериальных средств, различных образцов пищевой продукции, как отечес­твенной, так и зарубежной.

В микробиологии (включая промышленную) можно будет осуществлять эффективный отбор новых стимуляторов и инги­биторов роста бактериальных культур, мутагенов для получе­ния новых продуцентов, а также контроль за биологической безопасностью продуктов микробного синтеза.

Внедрение предлагаемых приемов биологических испыта­ний ксенобиотиков в процедуру экологического мониторинга окружающей среды даст возможность провести интегральную оценку свойств основного массива ксенобиотиков и разработать мероприятия по кардинальному снижению их потенциальной опасности как для отдельных организмов, так и для биоцено­зов в целом.

Технологические и технические решения, реализуемые в системе биологических испытаний, могут быть широко ис­пользованы в конкретных системах и комплексах для контро­ля за состоянием окружающей среды и отдельных ее элементов: атмосферы, воды, почвы. Обращение к этой системе может сти­мулировать развитие одного из наиболее перспективных направ­лений в процедуре контроля — использование биологических объектов и разработку на их основе биодатчиков.

Возможны три различных подхода к применению биоло­гических объектов в качестве тестовых (см. схему контроля загрязнения окружающей среды):

1) использование организмов, входящих в данный биогеоце­ноз, за состоянием которых ведется слежение (биоиндика­торы);

2) использование организмов, исходно не имеющих отноше­ния к тестируемому биогеоценозу, и вводимых в него 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 (био­датчики).

Одной из неотложных задач охраны природы является создание системы мониторинга — непрерывного контроля хими­ческого загрязнения среды. В настоящее время в мониторинге предпочтение отдается физико-химическим методам, позволя­ющим измерять концентрации компонентов или других пока­зателей среды. Законодательно допустимый уровень загрязне­ния среды химическими веществами определяется величиной ПДК для каждого вещества.

Однако применение в качестве критерия ПДК, как правило, не обеспечивает должной безопасности живых организмов, так как отрицательное воздействие на организм человека различных чужеродных веществ может осуществляться за счет различных видов активности. К недостаткам использования ПДК в системе контроля загрязнения среды следует отнести следующие:

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

• Реально в атмосфере присутствует в качестве загрязнителей сложная смесь исходных веществ и веществ вторичного происхождения, являющихся продуктами исходных реакций. Это приводит к обесцениванию ПДК применительно даже к одному конкретному веществу: очевидно, что содержание каждого из компонентов такой смеси в концентрациях, ниже ПДК, не гарантирует ее безопасности.

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

• Метаболические превращения поллютантов у разных орга­низмов имеют свои особенности.

• Установление норм ПДК связано с большими затратами.

• Химические соединения, попав в экосистему, могут дей­ствовать на всех ее живых представителей, а это чревато такими непредсказуемыми нарушениями, которые в ко­нечном счете скажутся на человеке.

• В процессе биотрансформации возможно появление более токсичных ксенобиотиков.

59. В основе передачи информации о происшедших изменениях в конформации рецептора в ряде случаев лежат активация и инактивация фермента аденилатциклазы (АЦ), расположенного в мембране и отвечающей за синтез нуклеотида циклоаденозинмонофосфата (цАМФ).

В нормальном состоянии активность аденилатциклазы подавлена. При взаимодействии агониста с рецептором Р на поверхности мембраны

ü АЦ активируется,

ü усиливается синтез и увеличивается концентрация цАМФ внутри клетки,

ü активируются один или несколько внутриклеточных ферментов.

Аденилатный путь регуляции внутриклеточных процессов

В данном случае первичным посыльным является эффектор (гормон, медиатор).

Вторичные посредники (G-белок, аденилатциклаза) способствуют переводу внешнего сигнала во внутриклеточный и обеспечивают его значительное усиление (в 107-108 раз).

Таким образом, несколько сигнальных молекул гормона или медиатора могут изменять функциональную или метаболическую активность всей клетки.

Гормоны и медиаторы могут проявлять свое действие не только через синтез цАМФ, но и с участием других внутриклеточных посредников, например цГМФ.

Признанными вторичными мессенджерами (посредниками) являются ионы кальция в комбинации с двумя другими вторичными посредниками — инозитолтрифосфатом (ИФ3) и диацилглицеролом (ДАГ).

На поверхности плазматических мембран разных клеток число рецепторов варьирует:

v на поверхности клетки печени имеется 250 000 рецепторов инсулина;

v на поверхности клеток щитовидной железы их число не превышает 500.

Основные критерии, по которым можно судить о наличии рецепторов

• высокое сродство (агент действует при низкой концентрации − 10^-9 М и ниже);

• выход на плато кривой, описывающей зависимость процесса взаимодействия эффектора с местами связывания на мембране от концентрации, т.к. количество рецепторов (мест связывания) ограничено;

• различная биологическая активность пар оптических изомеров (стереоспецифичность) (право- и левовращающиеся формы атропина, морфина и адреналина);

• тканевая специфичность биологического действия веществ (адреналин сильно воздействует на сердечную мышцу, но очень слабо влияет на поперечнополосатые мышцы).

Следует отметить, что

• взаимодействие эффектор-рецептор возможно только при строгом соответствии пространственных и зарядовых геометрий,

• связывание эффектора с рецептором должно быть обратимым.

• Одна и та же химическая группа в зависимости от своего химического окружения может обусловливать действие как агониста, так и антагониста.

Пример: ацетилхолин и тубокурарин воздействуют на один и тот же рецептор, но меньшая по размеру молекула ацетилхолина точно соответствует участку связывания и активирует рецептор, а большая молекула тубокурарина перекрывает рецептор и оказывает блокирующее действие.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: