Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток Dunaliella viridis (Chlorophyta)

Исследовано влияние различных концентраций ионов меди, свинца и кадмия на подвижность клеток Dunaliella viridis Teodor. и динамику индуцированного агрегирования клеток. Внесение ионов этих металлов в среду культивирования приводило к потере подвижности клет ок Dunaliella и зависело от концентрации и...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Ростама, Ш., Божков, А.И., Голтвянский, А.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України 2012
Назва видання:	Альгология
Теми:	Физиология, биохимия, биофизика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/64203
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток Dunaliella viridis (Chlorophyta) / Ш. Ростама, А.И. Божков, А.В. Голтвянский // Альгология. — 2012. — Т. 22, № 1. — С. 30-43. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-64203
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-642032014-06-14T03:01:22Z Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток Dunaliella viridis (Chlorophyta) Ростама, Ш. Божков, А.И. Голтвянский, А.В. Физиология, биохимия, биофизика Исследовано влияние различных концентраций ионов меди, свинца и кадмия на подвижность клеток Dunaliella viridis Teodor. и динамику индуцированного агрегирования клеток. Внесение ионов этих металлов в среду культивирования приводило к потере подвижности клет ок Dunaliella и зависело от концентрации ионов металлов в среде. Однако эта зависимость не имела линейного характера. Процесс обездвиживания клеток развивался во времени в случае ионов меди и свинца, а для ионов кадмия она мало зависела от концентрации и в ремени. Ионы меди и свинца индуцировали агрегирование клеток, которое зависело от концентрации ионов в среде и времени инкубации. В то же время ионы кадмия не оказывали вли яния на индукцию агрегирования клеток. Все ионы металлов можно разбить на две группы : индуцирующие агрегирование и не индуцирующие агрегирование клеток D. viridis. The effect of various concentrations of copper, cadmium and lead to loss of cell motility and the dynamics of Dunaliella viridis Teodor. induced aggregation of cells. The introduction of ions of copper, lead and cadmium in the culture medium led to loss of mobility of cell Dunaliella, which depended on the concentration of metal ions in the medium. However, this dependence was not linear. The process of immobilization of cells developed over time in the case of copper and lead, and cadmium ions had to place the principle of "all or nothing". Ions of copper and lead induced aggregation of cells, which depended on the concentration of ions in the medium and incubation time. At the same time cadmium ions had no effect on the induction of aggregation of cells. All the metal ions can be divided into two groups: those inducing aggregation and did not induce aggregation of cells of Dunaliella viridis. 2012 Article Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток Dunaliella viridis (Chlorophyta) / Ш. Ростама, А.И. Божков, А.В. Голтвянский // Альгология. — 2012. — Т. 22, № 1. — С. 30-43. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0868-8540 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/64203 574:591.544 ru Альгология Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физиология, биохимия, биофизика Физиология, биохимия, биофизика
spellingShingle	Физиология, биохимия, биофизика Физиология, биохимия, биофизика Ростама, Ш. Божков, А.И. Голтвянский, А.В. Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток Dunaliella viridis (Chlorophyta) Альгология
description	Исследовано влияние различных концентраций ионов меди, свинца и кадмия на подвижность клеток Dunaliella viridis Teodor. и динамику индуцированного агрегирования клеток. Внесение ионов этих металлов в среду культивирования приводило к потере подвижности клет ок Dunaliella и зависело от концентрации ионов металлов в среде. Однако эта зависимость не имела линейного характера. Процесс обездвиживания клеток развивался во времени в случае ионов меди и свинца, а для ионов кадмия она мало зависела от концентрации и в ремени. Ионы меди и свинца индуцировали агрегирование клеток, которое зависело от концентрации ионов в среде и времени инкубации. В то же время ионы кадмия не оказывали вли яния на индукцию агрегирования клеток. Все ионы металлов можно разбить на две группы : индуцирующие агрегирование и не индуцирующие агрегирование клеток D. viridis.
format	Article
author	Ростама, Ш. Божков, А.И. Голтвянский, А.В.
author_facet	Ростама, Ш. Божков, А.И. Голтвянский, А.В.
author_sort	Ростама, Ш.
title	Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток Dunaliella viridis (Chlorophyta)
title_short	Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток Dunaliella viridis (Chlorophyta)
title_full	Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток Dunaliella viridis (Chlorophyta)
title_fullStr	Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток Dunaliella viridis (Chlorophyta)
title_full_unstemmed	Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток Dunaliella viridis (Chlorophyta)
title_sort	влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток dunaliella viridis (chlorophyta)
publisher	Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Физиология, биохимия, биофизика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/64203
citation_txt	Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток Dunaliella viridis (Chlorophyta) / Ш. Ростама, А.И. Божков, А.В. Голтвянский // Альгология. — 2012. — Т. 22, № 1. — С. 30-43. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Альгология
work_keys_str_mv	AT rostamaš vliânieionovmedisvincaikadmiânaindukciûagregirovaniâkletokdunaliellaviridischlorophyta AT božkovai vliânieionovmedisvincaikadmiânaindukciûagregirovaniâkletokdunaliellaviridischlorophyta AT goltvânskijav vliânieionovmedisvincaikadmiânaindukciûagregirovaniâkletokdunaliellaviridischlorophyta
first_indexed	2025-07-05T14:53:44Z
last_indexed	2025-07-05T14:53:44Z
_version_	1836819126707814400
fulltext	Физиология, биохимия, биофизика 30 ISSN 0868-8540 Algologia. 2012. V. 22. N 1 УДК 574:591.544 Ш. РОСТАМА, А.И. БОЖКОВ, А.В. ГОЛТВЯНСКИЙ НИИ биологии Харьковского нац . ун-та им. В.Н. Каразина, пл. Свободы, 4, 61022 Харьков, Украина ВЛИЯНИЕ ИОНОВ МЕДИ, СВИНЦА И КАДМИЯ НА ИНДУКЦИЮ АГРЕГИРОВАНИЯ КЛЕТОК DUNALIELLA VIRIDIS (CHLOROPHYTA) Исследовано влияние различных концентраций ионов меди, свинца и кадмия на подвижность клеток Dunaliella viridis Teodor. и динамику индуцированного агрегиро- вания клеток. Внесение ионов этих металлов в среду культивирования приводило к потере подвижности клеток Dunaliella и зависело от концентрации ионов металлов в среде. Однако эта зависимость не имела линейного характера. Процесс обездвижи- вания клеток развивался во времени в случае ионов меди и свинца, а для ионов кад- мия она мало зависела от концентрации и в ремени. Ионы меди и свинца индуциро- вали агрегирование клеток, которое зависело от концентрации ионов в среде и вре- мени инкубации. В то же время ионы кадмия не оказывали вли яния на индукцию агрегирования клеток. Все ионы металлов можно разбить на две группы : индуци- рующие агрегирование и не индуцирующие агрегирование клеток D. viridis. К л ю ч е в ы е с л о в а : Dunaliella viridis, индуцированное агрегирование клеток, и о- ны меди, ионы свинца, ионы кадмия. Введение Более 100 лет назад Е.К. Теодореску описал образование клеточных аг- регатов у Dunaliella salina, которое он наблюдал в природе при измене- нии концентрации соли в воде, и назвал эти образования пальмеллами (Teodoresco, 1906). В настоящее время известно, что пальмеллевидное состояние – это временная стадия размножения некоторых видов мик- роводорослей (эвгленовые, золотистые, зеленые и пирофитовые), кото- рая реализуется в неблагоприятных условиях для данного вида водорос- лей. Во время формирования пальмеллевидных состояний клетки инте- нсивно экскретируют полисахариды и ф ормируют слизистые скопления (Масюк, 1973). Наряду с пальмеллевидным состоянием описаны и другие формы клеточных ассоциатов, т.н. пальмеллоидные структуры. Они отличаются довольно крупными ассоциатами клеток, которые прикрепляются к раз- личным субстратам с помощью слизистых тел, которые они формируют (Водоросли, 1989). Хотя эти клеточные ассоциаты различны, для них характерно образование слизистых тел, продуцирующихся клетками в экстремальных условиях и, вероятно, сами у словия определяют форму клеточных ассоциатов. © Ш. Ростама, А.И. Божков, А.В. Голтвянский , 2012 Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию ISSN 0868-8540 Альгология. 2012. Т. 22. № 1 31 Установлено, что внесение в среду культивирования D. viridis 20 мг/л сернокислой меди сопровождается быстрым (в течение нескольких ми- нут) и обратимым агрегированием клеток, без формирования слизистых тел (Божков и др., 2010а). Внесение в среду культивирования D. viridis микроколичеств цитотоксических факторов сыворотки крови челов ека также индуцировало агрегацию клеток, причем клеточные агрегаты ра з- личались по наличию или отсутствию слизистых скопле ний в зависимо- сти от природы цитотоксических факторов (Божков и др., 2003). Оче- видно, различные факторы, проявляющие по отношению к клеткам D. viridis цитотоксические свойства, могут индуцировать реакцию агре- гирования. В зависимости от особенностей и свойств цитотоксического фактора клетки микроводорослей могут использовать различные страте- гии агрегирования, направленные на сохран ение их жизнеспособности. Это может проявляться в количестве клеток, входящих в ассоциат, фор- мировании или отсутствии слизистых оболочек, прикреплении к суб- страту или сохранении подвижности в составе ассоциата. Вероятно, в основе разных стратегий лежат ра знообразные механизмы ассоциации клеток. Исследование этого уникального явления представляет большой ин- терес, так как расширяет наши знания о механизмах, а точнее разноо б- разии механизмов адаптациогенеза микроводорослей и может быть ис- пользовано в биотехнологии при разработке клеточных биосенсоров (Божков и др., 2002; Климова и др., 2010). В настоящее время остается неясным, все ли ц итотоксические или стресс-факторы для D. viridis будут индуцировать агрегирование клеток. Проявляется ли специфичность в характеристике клеточных агрегатов в зависимости от стресс-фактора. Не известны и механизмы индуциро- ванного агрегирования. Существует ли связь между потерей подвижно- сти клеток и формированием клеточных агрегатов. В данной работе мы определяли динамику индуцированного агрег и- рования и ее связь с концентрацией ионов тяжелых металлов ; наличие связи между обездвиживанием клеток и скоростью о бразования клеточ- ных ассоциатов. В качестве токсических ионов металлов были выбраны ионы меди свинца и кадмия. Материалы и методы В исследовании использовали культуру D. viridis var. viridis f. euchlora Teodor., штамм IBASU-A № 29. Альгологически чистую культуру D. viri- dis выращивали на среде Артари (г/л): NaCl – 116; MgSO4 – 50; KNO3 – 2,5; K2HPO4 – 0,2, в люминостате при температуре 26–28 оС, в колбах объемом 250 см3, при круглосуточном освещении 6 клк на п оверхности культуральной среды. В экспериментах и спользовали 24-суточную куль- туру, исходная концентрация клеток при посеве 1,3–1,4 млн кл/мл. Ш. Ростама, А.И. Божков, А.В. Голтвянский 32 ISSN 0868-8540 Algologia. 2012. V. 22. N 1 Определение влияния сернокислой меди, уксуснокислого свинца и азотнокислого кадмия на индуцированное агрегирование клеток D. viridis. Контрольную культуру D. viridis после завершения экспоненциаль- ной фазы роста и перехода в стационарн ую фазу, что соответствовало 21–22 суткам роста, переводили на свежую среду Артари (при этом к о- личество клеток всегда составляло 1,3–1,4 млн кл/мл) и вносили вод- ный раствор сернокислой меди CuSO4·5H2O в концентрации (0,4 ∙10-6, 2∙10-6, 4∙10-6, 20∙10-6, 40∙10-6, 80∙10-6, 200∙10-6, 300∙10-6 и 400∙10-6 моль/л) уксуснокислого свинца Pb (CH3COO)2·3H2O (0,2∙10-6; 1,3∙10-6; 2,6∙10-6, 13,1∙10-6, 26,3∙10-6, 52,7∙10-6, 131,9∙10-6, 197,8∙10-6 и 263,8∙10-6 моль/л); азотнокислого кадмия Cd(NO3)·4H2O до конечных концентраций (0,3∙10-6, 1,6∙10-6, 3,2∙10-6, 16,2∙10-6, 32,4∙10-6, 64,8∙10-6, 162,1∙10-6, 243,1∙10-6, 324,2∙10-6 моль/л), т.е. концентрация ионов исследуемых солей металлов в молях на клетку всегда была одинаковой. Контролем служила культура D. viridis, которую также пересевали на свежую среду Артари, но не вносили ионы солей меди, свинца и кад- мия. На протяжении эксперимента все варианты культивировали в стандартных условиях. Спустя 20, 40 мин и 1,5; 4; 24 ч из всех культур отбирали аликв оты и определяли количество одиночных неподвижных клеток, общее коли- чество одиночных клеток. Для этого исследуемые аликвоты культ уры D. viridis обездвиживали в парах 5 % йода. Подсчитывали общее количе- ство одиночных неподвижных клеток, выявленных после внесения ис- следуемой соли металла, вычитали их из исходного (1,3 –1,4 млн/мл) и получали количество клеток в агрегатах. Индуцированное агрегирование, подвижность клеток водорослей D. viridis устанавливали визуально под микроскопом при увеличении x150; x200 в камере Горяева. Содержание ионов меди, свинца и кадмия в клетках D. viridis опре- деляли атомно-адсорбционным методом, как описано ранее (Божков и др., 2010б). Для оценки степени связывания ионов меди, свинца и кад- мия с поверхности клеток после 20 -минутной инкубации с 50 мг/л со- ответствующих солей 3 раза промывали средой Артари и осаждали их при 3000 g в течение 10 мин. Затем определяли содержание ионов меди, свинца и кадмия в составе клеток адсорбционным методом. Все эксперименты повторяли 3–5 раз, результаты обрабатывали ст а- тистически, используя непараметрические методы анализа (Гублер, Ген- кин, 1973). Результаты Влияние различных концентраций ионов меди на подвижность и инду- цированное агрегирование клеток D. viridis. Как известно, Dunaliella от- носится к подвижным микроводор ослям, что обеспечивает ей возмож- ность достаточно быстро реагировать на изменение освещенности, те п- ловых, химических и др. характеристик среды (Посудин и др., 2004). Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию ISSN 0868-8540 Альгология. 2012. Т. 22. № 1 33 Внесение токсических веществ в среду может влиять на подвиж- ность клеток D. viridis вплоть до полной потери их подвижности. В кон- трольной культуре клеток, как правило, от 1 до 10 % клеток могут быть неподвижными, что характеризуется состоянием культур (рис. 1). Вне- сение в среду культивирования даже 0,4∙10-6 моль/л сернокислой меди сопровождалось потерей подвижности большого количества клеток, к о- торое линейно увеличивалось во времени. Так, спустя 20 мин 17 % кл е- ток было неподвижным и их количество линейно у величивалось на про- тяжении 1,5 ч, достигая 60 %. В дальнейшем этот показатель у величи- вался с меньшей скоростью и к 24 -му часу экспозиции 73 % клеток в культуре были обездвижены (см. рис. 1). Увеличение концентрации сернокислой меди в 5 раз (до 2∙10-6 моль/л) оказывало такой же эффект обездвиживания, как и при 0,4∙10-6 моль/л, т.е. отсутствовала явная связь между концентрацией ионов меди и подвижностью клеток. При увеличении концентрации сернокислой меди до 4∙10-6 моль/л, т.е. в 10 раз, обездвиживание клеток наступало быстрее и уже через 20 мин почти 40 % клеток были неподвижными. Однако их количество увеличивалось не так быстро, как при концентр ациях 0,4∙10-6 и 2,0∙10-6, и через 1,5; 4 и 24 ч этот показатель был одинаковым для концентраций 0,4∙10-6 и 4,0∙10-6 моль/л. Увеличение концентрации сернокислой меди до 20∙10-6 моль/л при- водило к потере подвижности 80 % клеток Dunaliella в культуре уже че- рез 20 мин, а начиная с концентрации 40∙10-6 и более все клетки были неподвижными (см. рис. 1). 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,33 0,66 1,5 4 24 Время культивирования, ч К ол ич ес тв о не по дв иж ны х кл ет ок , % 40-400 .10-6 20. 10-6 4.10-6 К 0,4. 10-6 2.10-6 Рис. 1. Изменение количества неподвижных клеток Dunaliella viridis после внесения в среду различных концентраций CuSO4·5H2O в зависимости от времени культивиро- вания Ш. Ростама, А.И. Божков, А.В. Голтвянский 34 ISSN 0868-8540 Algologia. 2012. V. 22. N 1 Следовательно, внесение 0,4∙10-6 моль/л сернокислой меди, которое не влияло на интенсивность размножения в культуре , сопровождалось потерей подвижности 17 % клеток и их количество увеличивалось во времени. Между количеством обездвиженных клеток и ко нцентрацией сернокислой меди нет прямой корреляции и , начиная с концентрации сернокислой меди 40∙10-6 моль/л и более, все клетки в культуре были неподвижными. Можно заключить, что подвижность клеток Dunaliella является очень чувствительным показателем к наличию ионов меди в среде. В следующей серии экспериментов определяли временнỳю зависи- мость индуцированного агрегирования клеток Dunaliella при разных концентрациях сернокислой меди. В контрольном варианте клеточные агрегаты отсутствовали. Только лишь к 24 ч появлялось 6 % клеток в составе индуцированных агрегатов (рис. 2). Увеличение концентрации сернокислой меди до 20∙10-6 моль/л при- водило к появлению индуцированного агрегирования клеток только спустя 1,5 ч после внесения меди. В это время количество клеток в со- ставе агрегатов составляло 11 % , а к 24-му часу достигало 26 % всех кле- ток в культуре (см. рис. 2). 4.10-6 20.10-6 40.10-6 80.10-6 200.10-6 300.10-6 400.10-6 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,33 0,66 1,5 4 24 Время культивирования, ч Ко ли че ст во к ле то к в аг ре ги ро ва нн ом со ст оя ни и, % К , 0,4-2,0.10 -6 Рис. 2. Изменение количества клеток Dunaliella viridis в агрегированном состоянии после внесения в среду различных концентраций CuSO4·5H2O в зависимости от вре- мени культивирования Следовательно, индуцированное ионами меди агрегирование клеток увеличивалось с течением времени и скорость его была значительно меньшей, чем скорость обездвиживания клеток. В том случае, если кон- центрация сернокислой меди увеличивалась до 40∙10-6 моль/л, количест- Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию ISSN 0868-8540 Альгология. 2012. Т. 22. № 1 35 во агрегированных клеток обнаруживалось уже через 40 мин (12 % кле- ток), почти не изменялось через 1,5 ч, увеличивалось до 40 % к 4 ч и незначительно изменялось к 24-му часу (см. рис. 2). Процесс индуцированного агрегирования в случае 20∙10-6 и 40∙10-6 моль/л сернокислой меди имел выраженный S-образный характер. Можно полагать, что агрегирование изменяется во времени нелинейно, что может объясняться временной особенностью биосинтетических про- цессов в клетке, принимающих в нем участие. При концентрации сернокислой меди 80∙10-6, 200∙10-6 и 300∙10-6 моль/л наблюдалось увеличение количества агрегированных клеток, причем во времени оно изменялось незначительно, в отличие от концентр аций 20∙10-6 и 40∙10-6 моль/л (см. рис. 2), и не имело S-образного характера. S-образный временной характер увеличения количества агрегир о- ванных клеток проявлялся и для летальной дозы сернокислой меди – 400∙10-6 моль/л, при этом через 4 ч все клетки входили в состав агр егатов (см. рис. 2). Между временным характером проявления обездвиживания клеток и формированием индуцированного агрегирования ионами меди нет пря- мой корреляции, хотя увеличение концентрации сернокислой меди с о- провождается нелинейным увеличением индуцированного агрегирова- ния. Эти два процесса, вероятно, осуществляются по-разному. Однако можно утверждать, что клеточные агрегаты формируются из обездв и- женных клеток или обездвиживаются после агрегирования. Выявлены 4 стадии концентрационно-временной зависимости формирования инду- цированного агрегирования клеток D. viridis. Первая стадия – медлен- ное временнόе формирование агрегатов (концентрация 4∙10-6 моль/л); вторая стадия – S-образная временная зависимость в среднем диапазоне концентраций (20∙10-6 – 0∙10-6 моль/л); третья стадия – отсутствие вре- менной зависимости формирования агрегатов при высоких токсических концентрациях сернокислой меди (04∙10-6 – 300∙10-6 моль/л); четвертая стадия – вторая волна S-образной временнόй зависимости при леталь- ных концентрациях сернокислой меди (400∙10-6 моль/л). Влияние различных концентраций ионов свинца на подвижность и индуцированное агрегирование клеток D. viridis. Внесение в среду куль- тивирования Dunaliella 0,2∙10-6 моль/л уксуснокислого свинца сопровож- далось потерей подвижности у 10 % клеток через 20 мин, т.е. почти в 2 раза меньше по сравнению с сернокислой медью. Эти различия в ст е- пени обездвиживания между ионами свинца и меди сохранялись до 4 ч. После этого они не различались между собой (рис. 3). Увеличение кон- центрации уксуснокислого свинца до 1,3∙10-6 и 2,6∙10-6 моль/л сопрово- ждалось увеличением количества обездвиженных клеток. Процесс обез- движивания клеток развивался во времени и увеличивался от 10–20 до 70 % к 24-му часу (см. рис. 3). Дальнейшее увеличение концентрации уксуснокислого свинца до 13,1∙10-6 и 26,3∙10-6 моль/л и более сопровож- далось увеличением обездвиженных клеток, однако их количество во времени возрастало не столь активно, как в случае использования ма- Ш. Ростама, А.И. Божков, А.В. Голтвянский 36 ISSN 0868-8540 Algologia. 2012. V. 22. N 1 лых концентраций (0,2–1,3∙10-6 моль/л). Так, при концентрации уксус- нокислого свинца 26,3∙10-6 и 131,9∙10-6 моль/л их количество не изменя- лось во времени с 20 мин до 24 ч ( см. рис. 3), как и в случае с ионами меди, при этом их количество составляло 70–90 % через 20 мин после внесения в среду. Концентрационная зависимость обездвиживания клеток Dunaliella была различной для сернокислой меди и уксуснокислого свинца. Если при концентрации сернокислой меди 0,4 ∙10-6 моль/л обездвиживалось почти в 2 раза больше клеток за единицу времени по сравнению с ук- суснокислым свинцом, то при концентрациях в 5 и 10 раз больш их они мало различались между собой. Начиная с концентр ации сернокислой меди 40∙10-6 моль/л и более уже через 20 мин все клетки теряли под- вижность, а в случае уксуснокислого свинца только при концентрации 197,8∙10-6 моль/л наблюдался такой же эффект (рис. 1; 3). 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,33 0,66 1,5 4 24 Врем я культивирования, ч К ол ич ес тв о не по дв иж ны х кл ет ок , % 197,8, 263,8.10 -6 131,9.10 -6 52,7.10 -6 26,3.10 -6 13,1.10 -6 2,6. 10 -6 К 0,2.10-6 1,3.10-6 Рис. 3. Изменение количества неподвижных клеток Dunaliella viridis после внесения в среду различных концентраций Pb (CH3COO)2·3H2O в зависимости от времени куль- тивирования Ионы свинца оказывали менее выраженный эффект потери под- вижности клеток Dunaliella по сравнению с ионами меди. Интересно было сравнить эффект индуцированного агрегир ования клеток в присутствии ионов свинца и меди. Оказалось, что индуцир о- ванное агрегирование в присутствии уксуснокислого свинца проявля- лось только при концентрации 26,2∙10-6 моль/л спустя 24 ч (3 % клеток в агрегатах), а выраженное агрегирование – при 52,7∙10-6 моль/л мг/л (рис. 4). Этот процесс тоже имел S-образный временнόй характер при использовании сернокислой меди в концентрациях 20∙10-6 и 40∙10-6 моль/л. С возрастанием концентрации уксуснокислого свинца до 131,9∙10-6 моль/л Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию ISSN 0868-8540 Альгология. 2012. Т. 22. № 1 37 количество агрегированных клеток ув еличивалось в 2 раза (см. рис. 4). В случае увеличения его концентрации до 197,8∙10-6 и 263,8∙10-6 моль/л наблюдался линейный рост индуцированного агрегирования до 4 ч и в дальнейшем это количество не изменялось (см. рис. 4). Следовательно, в случае внесения уксуснокислого свинца в среду культивирования Dunaliella клетки теряют подвижность и формируют клеточные агрегаты. Однако ионы свинца «уступают» по исследуемым показателям ионам меди. Хотя не выявлена прямая корреляция между количеством обездвиженных клеток и количеством клеток в агрегатах, для разных металлов существует некая связь между этими показателями. Так, ионы меди в меньших концентрациях по сравнению с ионами свинца обездвиживают клетки Dunaliella и для индуцированного агреги- рования клеток требуются меньшие концентрации ионов меди. 52,7. 10 -6 131,9.10 -6 197,8.10 -6 263,8.10 -6 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,33 0,66 1,5 4 24 Время культивирования, ч Ко ли че ст во к ле то к в аг ре ги ро ва нн ом со ст оя ни и, % К , 0,2-26,2.10 -6 . Рис. 4. Изменение количества клеток Dunaliella viridis в агрегированном состоянии после внесения в среду различных концентраций Pb (CH3COO)2·3H2O в зависимости от времени культивирования Влияние различных концентраций ионов кадмия на подвижность и индуцированное агрегирование клеток D. viridis. Внесение в среду куль- тивирования азотнокислого кадмия в концентрациях 0,3∙10-6 моль/л за 20 мин приводило к обездвиживанию 62 % клеток. Спустя 40 мин, 1,5 и 4 ч количество неподвижных клеток практичес ки не изменялось и толь- ко к 24-му часу после внесения ионов кадмия количество неподвижных клеток увеличивалось до 90 %, однако не достигало 100 % (рис. 5 А). Увеличение концентрации азотнокислого кадмия до 16,2∙10-6 моль/л в среде не приводило к возрастанию числа неподвижных клеток. Оно оставалось таким же, как и при концентрации 0,3∙10-6 моль/л (59–62 %). Увеличение концентрации этого токсиканта до 32,4∙10-6 моль/л сопро- Ш. Ростама, А.И. Божков, А.В. Голтвянский 38 ISSN 0868-8540 Algologia. 2012. V. 22. N 1 вождалось увеличением количества неподв ижных клеток только на 10 %, т.е. достигало 70 % и оставалось таким же даже при концентр ации 100 мг/л спустя 20 мин (рис. 5, А). В дальнейшем оно незначительно увеличивалось и к 24-му часу составляло 91–96 %, но не 100, как в слу- чае с ионами меди при концентрациях (200, 300 и 400) ∙10-6 моль/л и свинца при концентрациях (131,9, 197,8 и 263,8) ∙10-6 моль/л (рис. 5, Б). Рис. 5. Изменение количества неподвижных клеток Dunaliella viridis после внесения в среду различных концентраций Cd (NO3)2·4H2O в зависимости от времени культиви- рования Б 0 50 100 150 0,33 0,66 1,5 4 24 Время культивирования, ч К ол ич ес тв о не по дв иж ны х кл ет ок , % 32,4 мкмоль/л 64,8 мкмоль/л 162,1 мкмоль/л 243,1 мкмоль/л 324,2 мкмоль/л А 0 20 40 60 80 100 120 0,33 0,66 1,5 4 24 Время культивирования, ч К ол ич ес тв о не по дв иж ны х кл ет ок , % К 0,3 мкмоль/л 1,6 мкмоль/л 3,2 мкмоль/л 16,2 мкмоль/л Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию ISSN 0868-8540 Альгология. 2012. Т. 22. № 1 39 Дозовременная зависимость обездвиживания клеток Dunaliella отли- чалась в зависимости от использованных ионов металлов. При сравне- нии дозовой зависимости ионов меди, свинца и кадмия через 20 мин и 1,5 ч отмечено следующее. Увеличение дозы ионов меди до 40 ∙10-6 моль/л сопровождалось почти линейным уменьшением подви жности клеток спустя 20 мин и в дальнейшем не изменялось. В меньшей степени клет- ки теряли подвижность при внесении ионов свинца и выход на плато наблюдался после внесения 131,9 ∙10-6 моль/л уксуснокислого свинца. В случае использования кадмия выход на плато происходил при самой малой концентрации – 0,3∙10-6 моль/л, при этом количество обездви- женных клеток не превышало 70 % и оставалось таким же до использо- вания концентрации 324,2∙10-6 моль/л (рис. 6, А). Ионы кадмия обездвиживали клетки Dunaliella, но это мало зависе- ло от концентрации ионов кадмия в среде, а ионы меди и свинца про- являли дозовую зависимость в изменении этого пок азателя. Б 0 20 40 60 80 100 120 К 0 ,1 0 ,5 1 5 10 20 50 75 100 концентр ация металла, мг/л ко ли че ст во н еп од ви ж ны х кл ет ок , % 1,5 ч Cu 1,5 ч Pb 1,5 ч Cd Рис. 6. Изменение количества обездвиженных клеток Dunaliella viridis в зависимости от концентрации спустя 20 мин после внесения CuSO4·5H2O (──), Pb (CH3COO)2 ·3H2O ( - - - -) и Cd (NO3)2 ·4H2O ( _ _ ) (А) и спустя 1,5 ч после внесения этих со- лей (Б) С увеличением времени инкубации Dunaliella разные концентрации ионов исследованных металлов по-разному обездвиживали клетки Du- naliella. Так, спустя 1,5 ч для ионов меди проявлялся S-образный харак- тер дозовой зависимости, для ионов свинца S-образный характер был менее выражен и клетки обездвиживались в меньшей степени, чем в случае ионов меди (рис. 6, Б). Для ионов кадмия проявлялась незначи- тельная зависимость потери подвижности клеток от ко нцентрации. Спустя 1,5 ч при дозе 0,3∙10-6 моль/л 70 % клеток уже были обездвиже- ны, при таких же дозах ионы меди обездвиживали 59 % клеток, а ионы свинца только 30 % (см. рис. 6, Б). Б 0 20 40 60 80 100 120 К 0,1 0,5 1 5 10 20 50 75 100 Концентрация металла, мг/л К ол ич ес тв о не по дв иж ны х кл ет ок , % 1,5 ч Cu 1,5 ч Pb 1,5 ч Cd А 0 20 40 60 80 100 120 К 0,1 0,5 1 5 10 20 50 75 100 Концентрация металла, мг/л К ол ич ес тв о не по дв иж ны х кл ет ок , % 20 мин Cu 20 мин Pb 20 мин Cd Ш. Ростама, А.И. Божков, А.В. Голтвянский 40 ISSN 0868-8540 Algologia. 2012. V. 22. N 1 Потеря подвижности клеток Dunaliella изменялась во времени для ионов меди и свинца и не изменялась для ионов кадмия. Из полученных результатов следует, что ионы меди, кадмия и свин- ца обездвиживают клетки Dunaliella по разным механизмам. Ионы кадмия не индуцируют агрегирования клеток при исследо- ванных дозах. Из этого следует, что обездвиживание клеток и формир о- вание клеточных агрегатов – два независимых процесса. Культура Du- naliella использует разные стратегии выживания. Вероятно, процесс аг- регирования клеток Dunaliella может осуществляться по разным мех а- низмам в случае разных индукторов этого процесса. Обсуждение Полученные нами результаты показали: – внесение в среду культивирования Dunaliella минимальных кон- центраций солей меди (0,4∙10-6 моль/л), свинца (0,2∙10-6) и кадмия (0,3∙10-6) моль/л сопровождается быстрой потерей подвижности ча сти клеток (спустя 20 мин неподвижными были 17, 10, 62 % клеток, соот- ветственно, для ионов меди, свинца и кадмия); – количество обездвиженных клеток после однократного внесения солей металлов изменялось во времени по -разному для разных солей металлов: если при малых дозах ионов меди (0,4–4,0)∙10-6 и свинца (0,2–2,0)∙10-6 количество обездвиженных клеток увеличилось в течение 4 ч и выходило на плато, то для кадмия наблюдался выход на плато да- же при концентрации 0,3∙10-6 моль/л; – разные ионы металлов характеризовались разной дозовой зависи- мостью в потере подвижности клеток (потеря подвижности в случае кадмия мало зависела от дозы и имела S-образный характер при 1,5–4-ч экспозициях для меди и свинца) ; – внесение ионов меди и свинца в среду Dunaliella индуцировало их агрегирование, ионы кадмия не обладали этой способностью, т.е. не все ионы металлов индуцируют агрегирование клеток; – процесс агрегирования изменяется во времени: минимальные концентрации ионов меди и свинца, которые индуцировали агрегиров а- ние клеток, составляли 20∙10-6 и 26,3∙10-6 моль/л и проявлялись через 1,5 и 4 ч соответственно; – между концентрацией ионов меди и свинца в среде и количест- вом клеток, входящих в состав агрегатов, существует дозовая зависи- мость; – между потерей подвижности клеток Dunaliella и количеством аг- регированных клеток нет прямой связи. Вероятно, это два независимых процесса, хотя чем больше обездвиживание клеток, тем больше и х агре- гирование. Как известно, подвижность Dunaliella зависит, как минимум, от чув- ствительности и функциональной активности фоторецепторов, сократи- тельных белков и обеспеченности макро эргами. Потеря подвижности клеток Dunaliella может проявиться в нескольких случаях: если агент Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию ISSN 0868-8540 Альгология. 2012. Т. 22. № 1 41 обездвиживания связывался только с одним из элементов системы дви- жения (фоторецепторы, или сократительные белки, или система синтеза АТФ); если агент обездвиживания связыва лся с несколькими или всеми элементами системы движения клеток и этот процесс осуществлялся во времени, т.е. он связывался не со всеми элементами одновременно . Можно полагать, что если агент обездвиживания специфически свя- зывается только с одним из элементов движения и его количества дос- таточно, чтобы обеспечить насыщающее связывание, то это не будет зависеть от концентрации. Такая ситуация проявилась для кадмия. Оче- видно, он связывался только с одним из эле ментов, который обеспечи- вал движение клеток в среде. Для ионов меди и свинца наблюдалась дозозависимая потеря под- вижности клеток, которая изменялась во времени. Причем изменение во времени было нелинейным. Эти результаты свидетельствуют о том, что ионы меди и свинца проникают в клетки и связываются с различ- ными агентами, участвующими в движении клеток не одновременно, а в некой последовательности . Поэтому этот процесс развивается во вр е- мени и может проявиться в полной потере подвижности в отличие от кадмия. Если это предположение верно, то это означает, что кадмий связы- вается с поверхностью жгутиков или клетки, не проникает или плохо проникает в клетки D. viridis. Напротив, ионы меди и свинца проникают в клетки и связываются с различными ее компонентами и элементами (Божков, Могилянская, 1996), которые могут обеспечивать фотодвижение. Если это так, то ио- ны кадмия могут быть легко удалены с поверхности клеток многократ- ным промыванием клеток средой, не содержащей ионы ка дмия, в то время как ионы меди и свинца не будут удаляться из клеток, так как связываются с внутриклеточными компонентами. Результаты экспериментов по отмыв анию клеток от ионов кадмия, меди и свинца представлены в таблице . Таблица Содержание ионов меди, свинца и кадмия в клетках Dunaliella через 20 мин после вне- сения их солей без дополнительных отмываний клеток и после трех последовательных промывании средой Артари без солей этих металлов Содержание ионов металлов, моль/л Без дополнительных промываний, нмоль/л·106кл После трех последова- тельных промываний, нмоль/л·106кл Cu (200∙10-6) Pb (131,9∙10-6) Cd (162,1∙10-6) 71,9±5,4 22,2±0,5 0,65±0,3 104,1±5,7 24,2±0,1 0,05±0,01 Содержание ионов кадмия в клетках уменьшалось в 10 раз после промывания и не уменьшалось для ионов меди и свинца. Ш. Ростама, А.И. Божков, А.В. Голтвянский 42 ISSN 0868-8540 Algologia. 2012. V. 22. N 1 Эти результаты свидетельствуют о том, что клетки D. viridis способ- ны связывать разное количество ионов меди, свинца и кадмия. Ионы меди быстро проникают в клетки и лучше индуцируют агр е- гирование клеток Dunaliella. Вероятно, существует связь между колич е- ством ионов металлов, связанных с внутриклеточными компонентами клетки, и интенсивностью агрегирования клеток. Ионы свинца хуже связываются, плохо проникают в клетки и в меньшей степени по срав- нению с ионами меди способны индуцировать агрегирование клеток. Выводы 1. Внесение ионов меди, свинца и кадмия в среду культивирования приводит к обездвиживанию клеток Dunaliella, которое зависит от кон- центрации ионов металла в среде. Если для ионов кадмия не обнаруже- на выраженная дозовая зависимость, то для ионов меди и свинца эт а зависимость развивается во времени. 2. Ионы меди и свинца индуцируют агрегирование клеток, а при использовании ионов кадмия этот процесс не наблюдается . 3. Обездвиживание и индуцированное агрегирование могут рас- сматриваться как два независимых процесса. Божков А.И., Могилянская С.М. Адаптация Dunaliella viridis Teodor. к различным кон- центрациям сернокислой меди. Роль системы экскреции ионов меди в среду // Альгология. – 1996. – 6. – № 2. – C. 122–132. Божков А.И., Климова Е.М., Бойко В.В., Мензянова Н.Г., Дроздова Л.А. Связь клини- ческих форм миастении с частотой встречаемости HLA-DR-фенотипа и разра- ботка клеточного биосенсора для оценки этой патологии // Доп. НАНУ. – 2002. – 3. – С. 161–166. Божков А.И., Мензянова Н.Г., Климова Е.М. Использование водорослей в качес тве клеточного биосенсора при оценке патологических состояний организма // Го- ризонты биофизики. – Пущино, 2003. – С. 66–70. Божков А.И., Голтвянский А.В., Ростама Ш. Индуцированное агрегирование клеток Dunaliella viridis Teodor. полулетальными концентрациями ионов меди в культуре // Альгология. – 2010а. – 20, № 2. – С. 151–166. Божков А.И., Сидоров В.И., Длубовская В.Л., Шевцова М.Я., Суров Ю.Н. Проявление эффекта импринтинга в паттерне внутриклеточного распределения ионов меди в печени после многократных введений сернокислой меди // Биомед. химия. – 2010б. – 56, вып. 2. – С. 195–208. Водоросли: Справочник / Под общ. ред. С.П. Вассера. – Киев: Наук. думка, 1989. – 608 с. Гублер Е.В., Генкин А.А. Применение непараметрических критериев статистики в м е- дико-биологических исследованиях. – М.: Медицина, 1973. – С. 21–25; 53–56. Климова Е.М., Лавинская Е.В., Божков А. И., Кордон Т.И. Оценка степени цитоток- сичности компонентов патологических сывороток с использованием клеточной тест-системы // Биотехнология. – 2010. – 3. – № 6. – С. 85–91. Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию ISSN 0868-8540 Альгология. 2012. Т. 22. № 1 43 Масюк Н.П. Морфология, систематика, экология, географическое распространение рода Dunaliella Teodor. – Киев: Наук. думка, 1973. – 244 с. Посудин Ю.И., Масюк Н.П., Лилицкая Г.Г. Влияние ультрафиолетового излучения на фотодвижение двух видов Dunaliella Teodor. // Альгология. – 2004. – 14, № 2. – С. 113–126. Teodoresco E.C. Observations morphologiques et biologiques sur le genre Dunaliella // Rev. Gen. Bot. – 1906. – 18. – P. 353–371; 409–427. Получена 11.05.11 Рекомендовала к печати Е.И. Шнюкова Sh. Rostama, A.I. Bozhkov, A.V. Goltvyanskiy Research Institute of Biology, V.N. Karazin Kharkov National University , 4, Svobody Sq., 61022 Kharkov, Ukraine EFFECT OF COPPER, LEAD AND CADMIUM IONS ON THE INDUCTION OF CELLS OF DUNALIELLA VIRIDIS (CHLOROPHYTA) AGGREGATION The effect of various concentrations of copper, cadmium and lead to loss of cell motility and the dynamics of Dunaliella viridis Teodor. induced aggregation of cells. The introduction of ions of copper, lead and cadmium in the culture medium led to loss of mobility of cell Dunaliella, which depended on the concentration of metal ions in the medium. However, this dependence was not linear. The process of immobilization of cells developed over time in the case of copper and lead, and cadmium ions had to place the principle of "all or nothing". Ions of copper and lead induced aggregation of cells, which depended on the concentration of ions in the medium and incubation time. At the same time cadmium ions had no effect on the induction of aggregation of cells. All the metal ions can be divided into two groups: those inducing aggregation and did not induce aggregation of cells of Dunaliella viridis. K e y w o r d s : Dunaliella viridis, cell aggregation induced by metal ions, copper ions, lead ions, cadmium ions.

Влияние ионов меди, свинца и кадмия на индукцию агрегирования клеток Dunaliella viridis (Chlorophyta)

Репозитарії

Схожі ресурси