Металотіонеїни дрейсени Dreissena polymorpha як біохімічні маркери забруднення середовища
Порівнювали властивості металотіонеїнів, показники оксидативного стресу та вміст редокс-активних металів двостулкового молюска Dreissena polymorpha з умовно чистої водойми та після переселення у місцевості інтенсивної аграрної (Борщів) та індустріальної (Скалат та Острів) активності на 14, 28, 60...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Західний науковий центр НАН України і МОН України
2008
|
| Schriftenreihe: | Праці наукового товариства ім. Шевченка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74228 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Металотіонеїни дрейсени Dreissena polymorpha як біохімічні маркери забруднення середовища / Г. Фальфушинська, Л. Гнатишина, Х. Прийдун, О. Столяр // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2008. — Т. XXI: Хемія і біохемія. — С. 282-290. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-74228 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-742282015-01-20T03:02:33Z Металотіонеїни дрейсени Dreissena polymorpha як біохімічні маркери забруднення середовища Фальфушинська, Г. Гнатишина, Л. Прийдун, Х. Столяр, О. Біохемія Порівнювали властивості металотіонеїнів, показники оксидативного стресу та вміст редокс-активних металів двостулкового молюска Dreissena polymorpha з умовно чистої водойми та після переселення у місцевості інтенсивної аграрної (Борщів) та індустріальної (Скалат та Острів) активності на 14, 28, 60 та 120 діб з липня до листопада. Вміст металотіонеїнів зазнає часових і міжгрупових відмінностей із помітним зменшенням порівняно з контролем в індустріальних місцевостях на 14 добу експерименту та збільшенням у всіх переселених групах після 28 діб переселення. Вміст металотіонеїнів негативно корелює із утворенням супероксиданіону (r=-0,25; p=0,030) та вмістом марганцю у тканинах. За впливу антропогенного навантаження у тканинах молюсків вміст заліза зростає узгоджено з збільшенням показників оксидативного стресу. Ключові слова: двостулковий молюск, переселення, металотіонеїни, оксидативний стрес, важкі метали. The function of metallothioneins in respect to level of redox-active heavy metals, superoxide anion and protein carbonyls generation in bivalve mollusks Dreissena polymorpha after their transplantation from reference site to an agricultural (Borshchiv) and industrial (Skalat and Ostriv) polluted sites for a 14, 28, 60 and 120 days’ exposure period was compared. Metallothioneins concentrations were variable within each Dreissena group, but were generally lower at the contaminated sites by industrial wasters after 14 days of experiments and were increased in each translanted group after 28 days of experiments. The metallothioneins level was negatively associated with oxidative damage markers such as superoxide anion generation (r=-0,25; p=0,030) and manganese content. Under condition of antropogenic press in mollusks soft tissue the concentration of iron was increased. Key words: bivalve mollusk, transplantation, metallothioneins, oxidative stress, heavy metals. 2008 Article Металотіонеїни дрейсени Dreissena polymorpha як біохімічні маркери забруднення середовища / Г. Фальфушинська, Л. Гнатишина, Х. Прийдун, О. Столяр // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2008. — Т. XXI: Хемія і біохемія. — С. 282-290. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. 1563-3569 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74228 577.352.38:577.64 uk Праці наукового товариства ім. Шевченка Західний науковий центр НАН України і МОН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Біохемія Біохемія |
| spellingShingle |
Біохемія Біохемія Фальфушинська, Г. Гнатишина, Л. Прийдун, Х. Столяр, О. Металотіонеїни дрейсени Dreissena polymorpha як біохімічні маркери забруднення середовища Праці наукового товариства ім. Шевченка |
| description |
Порівнювали властивості металотіонеїнів, показники оксидативного стресу та
вміст редокс-активних металів двостулкового молюска Dreissena polymorpha з
умовно чистої водойми та після переселення у місцевості інтенсивної аграрної
(Борщів) та індустріальної (Скалат та Острів) активності на 14, 28, 60 та 120 діб
з липня до листопада. Вміст металотіонеїнів зазнає часових і міжгрупових відмінностей із помітним зменшенням порівняно з контролем в індустріальних місцевостях на 14 добу експерименту та збільшенням у всіх переселених групах після 28 діб
переселення. Вміст металотіонеїнів негативно корелює із утворенням супероксиданіону (r=-0,25; p=0,030) та вмістом марганцю у тканинах. За впливу антропогенного навантаження у тканинах молюсків вміст заліза зростає узгоджено з збільшенням показників оксидативного стресу.
Ключові слова: двостулковий молюск, переселення, металотіонеїни, оксидативний
стрес, важкі метали. |
| format |
Article |
| author |
Фальфушинська, Г. Гнатишина, Л. Прийдун, Х. Столяр, О. |
| author_facet |
Фальфушинська, Г. Гнатишина, Л. Прийдун, Х. Столяр, О. |
| author_sort |
Фальфушинська, Г. |
| title |
Металотіонеїни дрейсени Dreissena polymorpha як біохімічні маркери забруднення середовища |
| title_short |
Металотіонеїни дрейсени Dreissena polymorpha як біохімічні маркери забруднення середовища |
| title_full |
Металотіонеїни дрейсени Dreissena polymorpha як біохімічні маркери забруднення середовища |
| title_fullStr |
Металотіонеїни дрейсени Dreissena polymorpha як біохімічні маркери забруднення середовища |
| title_full_unstemmed |
Металотіонеїни дрейсени Dreissena polymorpha як біохімічні маркери забруднення середовища |
| title_sort |
металотіонеїни дрейсени dreissena polymorpha як біохімічні маркери забруднення середовища |
| publisher |
Західний науковий центр НАН України і МОН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Біохемія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74228 |
| citation_txt |
Металотіонеїни дрейсени Dreissena polymorpha як біохімічні маркери забруднення середовища / Г. Фальфушинська, Л. Гнатишина, Х. Прийдун, О. Столяр // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2008. — Т. XXI: Хемія і біохемія. — С. 282-290. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. |
| series |
Праці наукового товариства ім. Шевченка |
| work_keys_str_mv |
AT falʹfušinsʹkag metalotíoneínidrejsenidreissenapolymorphaâkbíohímíčnímarkerizabrudnennâseredoviŝa AT gnatišinal metalotíoneínidrejsenidreissenapolymorphaâkbíohímíčnímarkerizabrudnennâseredoviŝa AT prijdunh metalotíoneínidrejsenidreissenapolymorphaâkbíohímíčnímarkerizabrudnennâseredoviŝa AT stolâro metalotíoneínidrejsenidreissenapolymorphaâkbíohímíčnímarkerizabrudnennâseredoviŝa |
| first_indexed |
2025-07-05T22:39:51Z |
| last_indexed |
2025-07-05T22:39:51Z |
| _version_ |
1836848452226514944 |
| fulltext |
Праці НТШ
Хем. Біохем. 2008. Т. 21. C. 282–290
Proc. Sevchenko Sci. Soc.
Chem. Biochem. 2008. Vol. 21. P. 282–290
УДК 577.352.38:577.64
Галина ФАЛЬФУШИНСЬКА, Леся ГНАТИШИНА, Христина ПРИЙДУН,
Оксана СТОЛЯР
МЕТАЛОТІОНЕЇНИ ДРЕЙСЕНИ DREISSENA POLYMORPHA
ЯК БІОХІМІЧНІ МАРКЕРИ ЗАБРУДНЕННЯ СЕРЕДОВИЩА
Тернопільський національний педагогічний університет імені Володимира Гнатюка,
вул. М. Кривоноса, 2, Тернопіль, Україна
Порівнювали властивості металотіонеїнів, показники оксидативного стресу та
вміст редокс-активних металів двостулкового молюска Dreissena polymorpha з
умовно чистої водойми та після переселення у місцевості інтенсивної аграрної
(Борщів) та індустріальної (Скалат та Острів) активності на 14, 28, 60 та 120 діб
з липня до листопада. Вміст металотіонеїнів зазнає часових і міжгрупових відмін-
ностей із помітним зменшенням порівняно з контролем в індустріальних місцевос-
тях на 14 добу експерименту та збільшенням у всіх переселених групах після 28 діб
переселення. Вміст металотіонеїнів негативно корелює із утворенням супероксида-
ніону (r=-0,25; p=0,030) та вмістом марганцю у тканинах. За впливу антропогенно-
го навантаження у тканинах молюсків вміст заліза зростає узгоджено з збільшен-
ням показників оксидативного стресу.
Ключові слова: двостулковий молюск, переселення, металотіонеїни, оксидативний
стрес, важкі метали.
Серед різноманітних біомаркерів якості водного середовища біохімічні марке-
ри вважаються найчутливішими, оскільки надають найбільш повну та біологічно
значиму інформацію про потенційний ризик токсичних речовин для організму, то-
му їх широко використовують у системах раннього виявлення небезпеки [23]. До
найпопулярніших біохімічних маркерів належать металотіонеїни, які вважають
специфічними маркерами забруднення середовища важкими металами [21, 24].
Металотіонеїни – це внутрішньоклітинні сірковмісні металзв’язуючі білки, які ви-
конують депонуючу функцію стосовно іонів міді, цинку та кадмію у широкого ко-
ла організмів, що, особливо для кадмію, може зменшувати токсичність [21]. Ос-
таннім часом з’являється все більше повідомлень про здатність металотіонеїнів за-
хищати клітини від оксидативного стресу, зумовленого дією вільних супероксид і
гідроксил радикалів, через редокс-зміну стану тіолових груп цистеїну [15]. Індук-
цію цих стресорних білків зумовлюють передусім іони кадмію [21], а також багато
різноманітних сполук, зокрема прооксидантів [14, 18], тобто специфічність цього
маркера стосовно важких металів є відносною. Дедалі більше літературних даних
свідчить, що не завжди індукція металотіонеїнів є ознакою забруднення середови-
ща і, навпаки, у сильно забрудненому середовищі простежується пригнічення їх-
МЕТАЛОТІОНЕЇНИ ДРЕЙСЕНИ DREISSENA POLYMORPHA ЯК БІОХІМІЧНІ МАРКЕРИ ... 283
нього синтезу, зокрема у риб [2] і молюсків [4]. Крім того, є свідчення, що у мо-
люсків, які є головною групою біоіндикаторних організмів у водоймах, синтез ме-
талотіонеїнів більше залежить від сезону, ніж від рівня забруднення у певній міс-
цевості [13]. Тому було цікаво дослідити відповідь металотіонеїнів двостулкового
молюска, який широко використовують у біомоніторингу, за умов природного
комплексного забруднення середовища залежно від його типу (аграрне, індустрі-
альне) та зіставити із показниками оксидативного стресу. Обрані нами ділянки
визначили як такі, які, згідно з нашими попередніми дослідженнями, суттєво від-
різнялися за якістю водного середовища та станом біохімічних маркерів інших гід-
робіонтів [6, 8].
Для дослідження ми обрали представника двостулкових молюсків Dreissena
polymorpha як седиментатор, якому притаманна висока швидкість фільтрації, а
отже, здатність концентрувати в організмі токсичні хімічні речовини та використа-
ний прийом активного моніторингу, який зарекомендував себе як доцільний для
оцінки якості водних екосистем, в яких природні популяції не існують, або ж адап-
товані до хронічного забруднення [3].
Матеріали та методи
Дослідження проводили на особинах прісноводного двостулкового молюска
Dreissena polymorpha з довжиною мушлі 2,7–3,0 см і масою 2–4 г. Обрали природ-
ну популяцію дрейсени у верхній течії р. Серет вище м. Тернополя як контроль і
ресурс молюсків для переселення. На початку липня молюсків переселяли у місце-
вість з високим рівнем аграрної активності (м. Борщів, р. Нічлава, Б-група), нижче
за течією від спиртзаводу (смт. Скалат, р. Гнилка, С-група) та нижче обласного
центру у місці сходження залізничних та автомобільних магістралей (с. Острів, р.
Серет, О-група). У всіх місцях переселення не було або були в незадовільному ста-
ні системи очищення муніципальних і побутових стоків. Молюсків утримували в
саморобних контейнерах з капронової сітки розміром 0,2×0,3×0,3 м у воді на гли-
бині близько 0,5 м. В Острові після 28 діб інкубації сітки зникли і їх замінили но-
вими, тому термін 60 діб для інших дослідних груп відповідав для цієї групи 14
добам. Після 14, 28, 60 та 120 діб перебування у воді сітки з молюсками вибирали і
доставляли в лабораторію у воді із водойми, та досліджували протягом не більше
як 12 год після відбору. Всі процедури з відбору й обробки тканин проводили на
холоді. Всі реактиви, крім зазначених, були фірми “Реахим” кваліфікації х.ч.
Вміст металотіонеїнів визначали за вмістом цинку і міді в їхніх фракціях [19],
одержаних за допомогою іоно-обмінної хроматографії на ДЕАЕ-целюлозі. Одер-
жання екстракту та хроматографічне виділення металотіонеїнів проводили, як опи-
сано раніше [7], використовуючи 10 % гомогенат тканини в 10 мМ трис-HCl буфе-
рі, рН 8,0 з додаванням 10 мМ 2-меркаптоетанолу (“Sigma”) для запобігання окис-
нення SH-груп та інгібітора протеаз фенілметилсульфонілфториду (0,1 мМ, “Sig-
ma”). Вміст металотіонеїнів обчислювали згідно з модифікованим рівнянням Га-
мільтона, враховуючи стехіометричний характер зв’язування цих металів: m(мета-
лотіонеїнів)=0,5(ν(Zn)·M(металотіонеїнів)/7+ ν(Cu)·M(металотіонеїнів)/12) (мкг),
де ν – кількість металу в металотіонеїнах, мкмоль/г тканини; М(металотіонеїнів)
молярна маса металотіонеїнів, яка становить 8600 г/моль, 7 і 12 – кількість іонів
цинку і міді (І) відповідно, що зв’язуються молекулою металотіонеїнів за повного
насичення [19].
284 ГАЛИНА ФАЛЬФУШИНСЬКА, ЛЕСЯ ГНАТИШИНА, ХРИСТИНА ПРИЙДУН, ОКСАНА СТОЛЯР
Вміст заліза, марганцю у м’яких тканинах молюска, цинку, міді та кадмію у
фракціях металотіонеїнів вимірювали після спалювання зразків у перегнаній ніт-
ратній кислоті в співвідношенні 1:5 (маса:об’єм). Вміст заліза, марганцю, цинку і
міді визначали на атомно-абсорбційному спектрофотометрі С-115, кадмію - на
спектрофотометрі S-600 і виражали в мкг на г сирої маси тканини.
Для дослідження показників оксидативного стресу виготовляли 10 % (ма-
са/об’єм) гомогенат тканини в 50 мM К-фосфатному буферному розчині, рН 7,4.
Визначення карбонільних похідних білків (КПБ) проводили після осадження біл-
ків хлорною кислотою з 0,5 мл гомогенату за їхньою здатністю утворювати 2,4-ди-
нітрофенілгідразони при інкубації проб у присутності 0,1 М 2,4-динітрофенілгід-
разину в 2 М HCl [1]. Оптичну густину утворених динітрофенілгідразонів реєстру-
вали на спектрофотометрі СФ-26 при 370 нм проти контролю, який не містив 2,4-
динітрофенілгідразину. Вміст фенілгідразонів обчислювали з використанням мілі-
молярного коефіцієнта екстинції динітрофенілгідразонів 21 мМ-1·см-1.
Утворення супероксид аніон-радикала визначали у розчинній фазі гомогенату,
яку одержували в результаті його центрифугування протягом 10 хв при 6000×g, за
ступенем відновлення цитохрому c [11]. Реакційну суміш, яка містила 0,5 мл су-
пернатанту, 0,5 мл 50 мМ К-фосфатного буферу, рН 7,4 та 1 мл 0,1 мМ цитохрому
с, інкубували 15 хв при 37 oC. Реакцію зупиняли перенесенням реакційної суміші в
морозильну камеру. Визначали інтенсивність поглинання при 550 нм. Кількість
утвореного супероксиданіон радикала обчислювали за молярним коефіцієнтом
екстинції цитохрому с (ε=2,1·104·M–1cм–1) і виражали в нмоль відновленого цито-
хрому с /мг розчинного білка▪хв.
Статистичний аналіз біохімічних показників проводили з використанням паке-
та дисперсійного аналізу ANOVA, кореляційного тесту Пірсона та Принципіально-
го компонентного аналізу (ПКА), використовуючи комп’ютерні програми Statistica
v7.0 та Exel для Windows-2000.
Результати та обговорення
Металотіонеїни м’яких тканин молюска при розділенні на ДЕАЕ-целюлозі
утворюють дві головні форми (рис. 1), ідентифіковані як МТ-1 та МТ-2/2а відпо-
відно до профілю елюції стандартного розчину металотіонеїну кролика. Серед
фізіологічних металів у складі металотіонеїнів переважає цинк у співвідношенні з
міддю в середньому 6,4, тобто це Zn,Cu-МТ. Частка кадмію у складі металотіонеї-
нів не перевищує 10% від зв’язаних у них цинку та міді.
Вміст металотіонеїнів, обчислений за вмістом металів, у м’яких тканинах дрей-
сени (рис. 2) зазнає часових і просторових відмінностей, що підтверджується дис-
персійним аналізом (див. табл.). Максимальний вміст металотіонеїнів припадає на
14 добу переселення (липень), причому ця залежність має однаковий характер для
всіх досліджуваних місцевостей. Найпомітніші просторові зміни пов’язані з змен-
шенням вмісту металотіонеїнів у тварин із індустріальних районів (С- та О- групи)
на 14 добу експерименту та його двократним збільшенням на 28 добу у всіх пере-
селених групах молюсків порівняно з контрольними.
Визначення показників оксидативного стресу показало, що у молюсків конт-
рольної групи утворення супероксиданіону та КПБ синхронно та лінійно зроста-
ють у часі, з найменшим значенням в липні (на 14 добу утримання, r=0,83;
p=0,001) та відповідно до максимального вмісту металотіонеїнів. Очевидно, цей
факт демонструє сезонну залежність показників, адже як відомо, у двостулкових
МЕТАЛОТІОНЕЇНИ ДРЕЙСЕНИ DREISSENA POLYMORPHA ЯК БІОХІМІЧНІ МАРКЕРИ ... 285
оксидативний стрес відповідає зимовому періоду [20]. У переселених груп дрейсен
узгоджена часова динаміка показників оксидативного стресу порушується, що мо-
же бути наслідком впливу епізодичних чинників. Згідно з результатами дисперсій-
ного аналізу (див. табл.) утворення КПБ не залежить від середовища існування
тварин, а зазнає лише часових змін. У всіх досліджуваних місцевостях для цього
показника виявляється вірогідне накладання ефектів, яке можна інтерпретувати як
наявність специфічних змін залежно від тривалості експозиції (див. табл.).
Таблиця 1.
Результати двофакторного дисперсійного аналізу ANOVA впливу переселення та сезону на
показники двостулкового молюска Dreissena polymorpha
Вплив середовища
існування
Вплив тривалості
переселення
Середовище ×
Термін Показник
F p F p F p
Борщів
Zn,Cu-металотіонеїни 3,2 0,080 242,3 0,000 89,5 0,000
Карбонільні похідні
білків 0,5 0,484 6,3 0,001 12,8 0,000
Супероксиданіон
радикал 61,0 0,000 69,4 0,000 14,8 0,000
Марганець 87,0 0,000 88,5 0,000 18,6 0,000
Залізо 18,9 0,000 88,5 0,000 4,2 0,011
Скалат
Zn,Cu-металотіонеїни 36,8 0,000 268,1 0,000 167,9 0,000
Карбонільні похідні
білків 0,3 0,618 1,6 0,225 8,7 0,001
Супероксиданіон
радикал 18,9 0,000 23,0 0,000 63,9 0,000
Марганець 288,7 0,000 167,4 0,000 53,9 0,000
Залізо 1,2 0,279 49,3 0,000 134,9 0,000
Острів
Zn,Cu-металотіонеїни 7,9 0,011 228,5 0,000 918,5 0,000
Карбонільні похідні
білків 7,0 0,015 0,9 0,352 4,5 0,046
Супероксиданіон
радикал 115,7 0,000 10,3 0,004 1,0 0,320
Марганець 278,6 0,000 48,3 0,000 82,5 0,000
Залізо 176,4 0,000 0,1 0,7 7,4 0,013
Оскільки іони редокс-активних металів є ймовірними чинниками оксидативно-
го стресу [22], то молюски можуть акумулювати їх у значних кількостях [16]. Ми
також визначили вміст у тканинах молюска марганцю і заліза (рис. 3). Найпомітні-
ші відмінності між контрольною та переселеними групами тварин у вмісті марган-
цю помічено на 14 добу експерименту та мають протилежний характер для Б- гру-
пи, з одного боку, та С- і О- з іншого. Визначальною просторовою зміною у вмісті
заліза між контрольною та переселеними групами було його шестикратне зростан-
ня у тварин Б-групи на 28 добу експерименту. Максимум накопичення марганцю у
дрейсени здебільшого припадає на 14 або 28 добу, а заліза – на 60–120 доби експе-
286 ГАЛИНА ФАЛЬФУШИНСЬКА, ЛЕСЯ ГНАТИШИНА, ХРИСТИНА ПРИЙДУН, ОКСАНА СТОЛЯР
рименту. Ймовірно, цей факт відображає сезонні особливості акумуляції металів у
тканинах молюсків, пов’язані з репродуктивним циклом [16]. Подібні результати
одержали і під час дослідження інших двостулкових, зокрема C. іridescens [9]. У
тварин К- та С-груп для заліза і марганцю ми помітили протилежну динаміку нако-
пичення (r=-0,97, р=0,000; r=-0,83, р=0,000 для цих груп відповідно). Це може бути
пов’язано з порушенням фізіологічних закономірностей акумуляції металів у мо-
люсків із найбільш індустріально забруднених місцевостей.
V, мл
К Б С O C(NaCl)
С
ві
тл
оп
ог
ли
на
нн
я,
2
54
н
м
C
(N
aC
l),
M
75 105 135 165
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
MT-1
MT-2
MT-2a
Рис. 1. Типові профілі елюції одержані при іонообмінній хроматографії термостабільного
екстракту м’яких тканин двостулкового молюска Dreissena polymorpha з природної
популяції (К) та після переселення тварин (Б-, С- та О-групи) на ДЕАЕ-целюлозі в
лінійному градієнті NaCl (0−1 М) в 0,01 М трис-HCl буфері, рН 8,0. Стрілками позначено
вихід фракцій металотіонеїнів(МТ)-1 і МТ-2 стандартного металотіонеїну печінки кролика.
Пошук взаємозв’язків між вмістом металотіонеїнів і показниками редокс-стану
клітин за допомогою компонентного аналізу показав, що вміст металотіонеїнів та
марганцю у тканині дрейсен негативно корелюють між собою (рис. 4). Відомо, що
через низьку спорідненість до тіолових груп марганець не зв’язується з металотіо-
неїнами у специфічні тіолатні кластери та не є індуктором їхнього синтезу, тобто є
неесенціальним для металотіонеїнів металом [21]. Зважаючи на це, зв’язок між
вмістом металотіонеїнів і марганцю видається формальним. Відомо, що у хребет-
них марганець може опосередковано впливати на синтез металотіонеїнів через ак-
тивацію імунної системи [12]. У двостулкових молюсків також знайшли зв’язок
між індукцією дофаміну, з одного боку, та металотіонеїнами – з іншого, однак ме-
ханізми цього процесу залишилися не з’ясованими [5]. Додаткова інформація що-
до зменшення вмісту ендогенного дофаміну у молюсків за дії марганцю [17] дає
підставити припустити інгібуючу дію марганцю на синтез металотіонеїнів молюс-
ка. Наведені міркування узгоджуються з одержаними результатами.
З результатів компонентного та кореляційного аналізів також видно (рис. 4),
що зміни вмісту заліза у тканині молюсків узгоджуються з інтенсивністю утворен-
ня супероксиданіон-радикала (r=0,79; p=0,000). Одержані результати знаходять
підтвердження в літературі, адже, як відомо, супероксиданіон, який порівняно з ін-
шими радикалами, низько-реакційний, у біологічних системах під впливом редокс-
МЕТАЛОТІОНЕЇНИ ДРЕЙСЕНИ DREISSENA POLYMORPHA ЯК БІОХІМІЧНІ МАРКЕРИ ... 287
активних металів, передусім міді та заліза, може трансформуватися у активніші
форми: пероксид, алкоксил і гідроксил радикали [22].
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
14 28 60 120
Тривалість переселення, діб
М
ет
ал
от
іо
не
їн
и,
м
кг
/г
т
ка
ни
ни
К
Б
С
О
а
а
b
а
а
b
b
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
14 28 60 120
Тривалість переселення, діб
Ка
кб
он
іл
ьн
і п
ох
ід
ні
б
іл
кі
в,
м
км
ол
ь/
г
тк
ан
ин
и
К
Б
С
О
а
а а
а
а,b
b
а б
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
14 28 60 120
Тривалість переселення, діб
С
уп
ер
ок
си
да
ні
он
р
ад
ик
ал
,
нм
ол
ь/
хв
м
г б
іл
ка К
Б
С
О
а
а,b
b
b
b
b
а,b
а,b
а,b
b
а
в
Рис. 2. Біохімічні маркери м’яких тканин двостулкового молюска Dreissena polymorpha з
природної популяції (К) та після переселення тварин (Б-, С- та О-групи): а – вміст
металотіонеїнів, б - карбонільні похідні білків, в - утворення супероксиданіону. Тут і далі: a
– відмінності між контрольною та переселеними групами, b – часові зміни порівняно з 14
добою експерименту, р < 0,05.
Як відомо, металотіонеїни через високий вміст сульфгідрильних нуклеофіль-
них груп і здатність зв’язувати важкі метали, зокрема редокс-активні, можуть
функціонувати як «пастки» вільних радикалів [15]. У молюсків із забруднених
важкими металами місцевостей простежується збільшення вмісту металотіонеїнів,
50 % з яких є в окисненій формі узгоджено з зменшенням інтенсивності перекис-
ного окиснення ліпідів [10]. Негативна кореляція між вмістом металотіонеїнів та
утворенням супероксиданіону (r=-0,25; p=0,030) у м’яких тканинах дрейсен, яку
ми знайшли, узгоджується з наведеними фактами та підтверджує здатність метало-
тіонеїнів нейтралізувати активні форми кисню у клітині.
Підсумовуючи одержані результати, варто зазначити, що металотіонеїни мо-
люсків чутливо реагують на якість водного середовища. Доведено взаємозв’язок
288 ГАЛИНА ФАЛЬФУШИНСЬКА, ЛЕСЯ ГНАТИШИНА, ХРИСТИНА ПРИЙДУН, ОКСАНА СТОЛЯР
між пригніченням функції металотіонеїнів і збільшенням інтенсивності утворення
супероксиданіону у тканинах дрейсени (r=-0,25; p=0,030). Оксидативний стрес у
тварин зростає протягом експерименту на тлі зменшення або стабільного вмісту
металотіонеїнів. За існування тварин в умовах антропогенного навантаження у
тканинах зменшується вміст марганцю та збільшується вміст заліза, що може бути
одним із чинників виявлених прооксидантних змін у тканинах дрейсени. Термін
переселення молюсків на 14 діб можна вважати оптимальним для оцінки якості се-
редовища як такий, що характеризується найсуттєвішими та селективними зміна-
ми показників залежно від рівня забруднення середовища, тоді як у наступні тер-
міни виявляються спільні ознаки впливу процедури переселення.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
14 28 60 120
Тривалість переселення
М
ар
га
не
ць
, м
кг
/г
тк
ан
ин
и
К Б
С О
a
b
b
a
b
b
a
a,b
ba
b
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
14 28 60 120
Тривалість переселення
За
лі
зо
, м
кг
/г
тк
ан
ин
и
К Б
С О
b
a,b
a,b
a,b
b
b
b
a,ba,b
а б
Рис. 3. Вміст марганцю (а) та заліза (б) у м’яких тканинах двостулкового молюска Dreissena
polymorpha з природної популяції (К) та після переселення тварин (Б-, С- та О-групи).
КПБО2
Mn
Fe
MT
-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0
Фактор 1 : 37,29%
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
Ф
ак
то
р
2
: 2
4,
28
%
Рис. 4. Результати принципіального компонентного аналізу біохімічних маркерів і
вмісту редокс-активних металів м’яких тканин двостулкового молюска Dreissena
polymorpha з природної популяції (К) та після переселення тварин (Б-, С- та О-групи).
Показники з вірогідною факторіальною вагою > 0,7 позначені стрілками.
МЕТАЛОТІОНЕЇНИ ДРЕЙСЕНИ DREISSENA POLYMORPHA ЯК БІОХІМІЧНІ МАРКЕРИ ... 289
Робота виконана за підтримки МОН України в межах Спільного Українсько-
Французького науково-технічного проекту № М/93-2007 (EGIDE, PHC DNIPRO
14190ZC) та Західно-Українського Біомедичного Центру.
ЛІТЕРАТУРА
1. Лущак В. І., Багнюкова Т. В., Лущак О. В. Показники оксидативного стресу. 1. Тіобар-
бітурактивні продукти і карбонільні групи білків // Укр. біохім. журн. – 2004. – 76,
№ 3. – С. 136 – 141.
2. Auslander M., Yudkovski Y., Chalifa-Caspi V. et al. Pollution-affected fish hepatic transcrip-
tome and its expression patterns on exposure to cadmium // Mar. Biotechnol. – 2008. –
Vol. 10, N 3. – P. 250–261.
3. De Lafontaine Y., Gagne F., Blaise C. et al. Biomarkers in zebra mussels (Dreissena poly-
morpha) for the assessment and monitoring of water quality of the St Lawrence River (Cana-
da) // Aquat. Toxicol. – 2000. – Vol. 50. – P. 51–71.
4. Doyen P., Vasseur P., Rodius F. Identification, sequencing and expression of selenium-de-
pendent glutathione peroxidase transcript in the freshwater bivalve Unio tumidus exposed to
Aroclor 1254 // Compar. Biochem. Physiol. – 2008. – Vol. 144С, № 2. – Р. 122–129.
5. Esch T., Stefano G. Proinflammation: a common denominator or initiator of different patho-
physiological disease processes // Med. Sci. Monit. – 2002. – Vol. 8, N5. – P. HY1–9.
6. Falfushinska H.I., Stolyar O.B. Responses of biochemical markers in carp Cyprinus carpio
from two field sites in Western Ukraine // Ecotoxicol. Environ. Saf. – 2008. – In press.
7. Falfushynska H., Romanchuk L., Stolyar O. Seasonal and spatial comparison of metallothio-
neins of frog Rana ridibunda in feral populations // Ecotoxicology. – 2008. – Vol. 17, N 8. –
P. 781–788.
8. Falfushynska H.I., Delahaut L., Stolyar O.B. et al. Multi-biomarkers approach in different
organs of Anodonta cygnea from the Dnister Basin (Ukraine) // Arch. Environ. Contam.
Toxicol. – 2008 – In press.
9. Frías- Espericueta M.G., Ortiz-Arellano M.A., Osuna-López J.I., Ronson-Paulin J.A. Heavy
metals in the rock oyster Crassostrea iridescens (Filibranchia: Ostreidae) from Mazatlan,
Sinaloa, Mexico // Rev. Biol. Trop. – 1999. – Vol. 47, N 4. – P. 843–849.
10. Gagné F., André C., Blaise C. The dual nature of metallothioneins in the metabolism of hea-
vy metals and reactive oxygen species in aquatic organisms: implications of use as a biomar-
ker of heavy-metal effects in field investigations // Biochem. Insights. – 2008. – Vol. 1. –
P. 31–41.
11. Hassoun E A., Ray S. The induction of oxidative stress and cellular death by the drinking
water disinfection by-products, dichloroacetate and trichloroacetate in J774.A1 cells // Comp.
Biochem. Physiol. – 2003. – 135C, №2. – Р. 119–128.
12. Kobayashi K., Kuroda J., Shibata N. et al. Induction of metallothionein by manganese is
completely dependent on interleukin-6 production // J. Pharmacol. Experim. Therap. – 2007. –
Vol. 320. – P. 721–727.
13. Leiniö S., Lehtonen K.K. Seasonal variability in biomarkers in the bivalves Mytilus edulis
and Macoma balthica from the northern Baltic Sea // Comp. Biochem. Physiol. – 2005. –
Vol. 140C. – P. 408–421.
14. Livingstone D.R. Contaminant−stimulated reactive oxygen species production and oxidative
damage in aquatic organisms // Mar. Pollut. Bull. – 2001. – Vol. 42. – P. 656–666.
15. Maret W. Metallothionein redox biology in the cytoprotective and cytotoxic functions of
zinc // Exp. Gerontol. – 2008. – Vol. 43. – P. 363–369.
290 ГАЛИНА ФАЛЬФУШИНСЬКА, ЛЕСЯ ГНАТИШИНА, ХРИСТИНА ПРИЙДУН, ОКСАНА СТОЛЯР
16. Marina M., Enzo O. Variability of zinc and manganese concentrations in relation to sex and
season in the bivalve Donax trunculus // Mar. Poll. Bull. – 1983. – Vol. 4. – P. 342–346.
17. Martin K., Huggins T., King C. et al. The neurotoxic effects of manganese on the dopami-
nergic innervation of the gill of the bivalve mollusc, Crassostrea virginica // Comp. Biochem.
Physiol. – 2008. – Vol. 148, N 2. – P. 152–159.
18. Mosleh Y.Y., Paris-Palacios S., Biagianti-Risbourg S. Metallothioneins induction and anti-
oxidative response in aquatic worms Tubifex tubifex (Oligochaeta, Tubificidae) exposed to
copper // Chemosphere. – 2006. – Vol. 64, N 1. – P. 121–128.
19. Paris−Palacios S., Biagianti−Risbourg S., Fouley A., Vernet G. Metallothioneins in liver of
Rutilus rutilus exposed to Cu2+. Analysis by metal summation, SH determination and spec-
trofluorimetry // Comp. Biochem. Physiol. – 2000. – 126C. – P. 113–122.
20. Regoli F., Nigro M., Chiantore M., Winston G.W. Seasonal variations of susceptibility to
oxidative stress in Adamussium colbecki, a key bioindicator species for the Antarctic marine
environment // Sci. Total Environ. – 2002. – Vol. 289, N 1–3. – P. 205–211.
21. Roesijadi G. Metallothioneins in metal regulation and toxicity in aquatic animals // Aquat.
Toxicol. – 1992. – Vol. 22. – P. 81–114.
22. Storey K.B. Adventures in oxygen metabolism // Comp. Biochem. Physiol. – 2004. –
Vol. 139B, N 3. – P. 359–369.
23. van der Oost Ron, Goksøy A., Celander M. et al. Biomonitoring of aquatic pollution with
feral eel (Anguilla anguilla) II. Biomarkers: pollution-induced biochemical responses //
Aquat. Toxicol. – 1996. - Vol. 36, N 3–4. – P. 189–222.
24. Viarengo A., HBurlando B, HCeratto N, HPanfoli I. Antioxidant role of metallothioneins: a com-
parative overview // HCell Mol. Biol. (Noisy-le-grand). – 2000 – Vol. 46, № 2. – Р. 407–417.
SUMMARY
Halyna FALFUSHYNSKA, Lesia GNATYSHYNA, Khrystyna PRYJDUN, Oksana STOLIAR
THE METALLOTHIONEINS OF MOLLUSK DREISSENA POLYMORPHA AS BIOCHEMICAL
MARKER OF ENVIRONMENTAL POLLUTION
Ternopil National Pedagogical University,
46027, Kryvonosa Str 2, Ternopil, Ukraine
The function of metallothioneins in respect to level of redox-active heavy metals, superoxide anion and
protein carbonyls generation in bivalve mollusks Dreissena polymorpha after their transplantation from
reference site to an agricultural (Borshchiv) and industrial (Skalat and Ostriv) polluted sites for a 14, 28, 60 and
120 days’ exposure period was compared. Metallothioneins concentrations were variable within each
Dreissena group, but were generally lower at the contaminated sites by industrial wasters after 14 days of
experiments and were increased in each translanted group after 28 days of experiments. The metallothioneins
level was negatively associated with oxidative damage markers such as superoxide anion generation (r=-0,25;
p=0,030) and manganese content. Under condition of antropogenic press in mollusks soft tissue the
concentration of iron was increased.
Key words: bivalve mollusk, transplantation, metallothioneins, oxidative stress, heavy metals.
|