Совместимое с биоэтикой изучение токсичности учеными биологического факультета МГУ

Совместимое с биоэтикой изучение токсичности учеными биологического факультета МГУ

Опубликовано в категориях: Научные публикции Просмотров: 146

Остроумов Сергей Андреевич

доктор биол. наук, ведущий научный сотрудник биологического

факультета МГУ имени Ломоносова, МГУ, биологический

факультет, лаборатория физхимии биомембран

(Россия, г. Москва 119991)

Жиров Владимир Константинович

доктор биол. наук, профессор, член-корреспондент РАН,

Советник Генерального директора Кольского научного центра РАН,

Научный руководитель Центра медико-биологических проблем адаптации человека в Арктике КНЦ РАН ( Российская Федерация, 184209, г. Апатиты)

Аннотация. В статье дается краткий анализ работ и серии публикаций исследователей биологического факультета МГУ в области изучения токсичности веществ с использованием наземных и водных высших растений. Особенностью этих работ является полная совместимость методологии с требованиями биоэтики.  Перечисляются некоторые примеры конкретных видов высших растений, на которых проводили биотестирование. Приведены примеры химических веществ, которые тестировались. Приведены примеры того, как эти исследования использовались и цитировались в публикациях других исследователей.

Ключевые слова: оценка токсичности, биотестирование, фитотестирование, проростки растений, макрофиты,

1.ВВЕДЕНИЕ.

В последнее время стали уделять существенное внимание тому, соответствуют ли методы исследования токсичности химических веществ требованиям биоэтики.  Поэтому является необходимым и актуальным расcмотрение  и анализ  методологии изучения токсичности с позиций биоэтики. В этой связи представляют обоснованный интерес методы исследования токсичности химических веществ, которые основаны на использовании растительных объектов. Отметим существование фундаментального цикла публикаций в этой области, который представляют работы  Н.В.Обручевой, В.Б.Иванова, И.В.Серегина и соавторов [1-4], а также других ученых, которые использовали наземные и водные растения для биотестирования химических веществ [5-24].

Дополнительная актуальность данной темы возникает еще по одной причине – наряду с тестирование токсичности химических веществ существует задача тестирования образцов окружающей среды, в том числе образцов водной среды, а также сбрасываемых в окружающую среду загрязненных и сточных вод.  Поэтому возрастает количество проводимых исследований, в которых проверяется токсичность тех или иных образцов с помощью биотестирования на различных биологических тест-объектах.

Цель данного сообщения – осветить работы и публикации сотрудников биологического факультета МГУ, в которых для указанных выше целей при биотестировании использовали проростки наземных высших растений. В некоторых случаях будут освещены и некоторые публикации о тестировании токсичности на водных высших растениях.

В данном анализе будут использоваться публикации, выполненные с участием одного из соавторов  (С.А.О.) этого краткого сообщения [5-23 ].

2.ВИДЫ РАСТЕНИЙ, КОТОРЫЕ ИСПОЛЬЗОВАЛИСЬ ДЛЯ БИОТЕСТИРОВАНИЯ.

Некоторые примеры  видов высших растений, которые использовались для тестирования и проверки образцов на токсичность, приведены в Таблице 1.

Таблица 1

Виды высших растений, которые использовались для фитотестирования и изучения токсичности химических веществ и образцов водной среды (примеры)

Виды

Наземное или водное растение

Ссылки (примеры)

Sinapis alba

Наземное

Maksimov, Nagel, Ostroumov 1988;

Lepidium sativum

Наземное

 Ostroumov, 2001, 2006;

Oryza sativa

Наземное, водное

 Ostroumov, 2001, 2006;

Fagopyrum esculentum

Наземное

Ostroumov et al., 1990; Ostroumov, and Maksimov,  1992;

Potamogeton crispus

водное

 Solomonova, E.A. and Ostroumov, S.A., 2007. Tolerance of an aquatic macrophyte Potamogeton crispus L. to sodium dodecyl sulphate. Moscow University Biological Sciences Bulletin, 62(4), pp.176-179.

Elodea canadensis

водное

 Ostroumov, Solomonova, 2013

Ceratophyllum demersum

водное

 Ostroumov,  et al. 2014;

Lens culinaris

Наземное

Ostroumov, and Xing ,2012; Поклонов, Котелевцев, Остроумов, 2013; Cai, Ostroumov . Bioassay of “Tide Color” powder laundry detergent using Lens culinaris. // Ecologica. – 2020a;

Vigna radiata

Наземное

Поклонов, Котелевцев, Остроумов, 2013;

3. РЕЗУЛЬТАТЫ.

В результате тестирования на видах растений, упомянуты в предыдущем разделе, сотрудниками МГУ была обнаружена токсичность (фитотоксичность) ряда химических веществ и водных сред, содержащих определенные вещества в виде растворов или  в виде суспензии наночастиц.

Таблица 2

Примеры химических веществ, которые были протестированы на токсичность, с использованием высших растений как тест-объектов

Тестированные вещества

Тест-организм –наземное или водное растение

Ссылки

Додецилсульфат натрия

Наземное (Sinapis alba)

Goryunova,  and Ostroumov, 1986;

Sulfonol;  и пестицид (DNOC)

Наземное( Sinapis alba)

Maksimov , Nagel, Ostroumov,   1988

sulfonol

Наземное (Fagopyrum esculentum)

Ostroumov, S.A., Borisova, E.B., Lenova, L.I. and Maksimov, V.N., 1990;

liquid surfactant-containing detergent

Наземное

Ostroumov S. A., Khoroshilov V. S., 1992;

Додецилсульфат натрия, Тритон Х-100, катионогенный ПАВ

Наземное (Fagopyrum esculentum, другие виды наземных растений);

Остроумов, 2001;

Ostroumov, 2006;

detergents

Наземные (Vigna radiata and Lens culinaris);

Poklonov V.A., Kotelevtsev S.V., Ostroumov S.A. ,2012;

синтетических моющих средств (СМС, детергентов) Losk Automat Intensive, Dosia Color и Пемолюкс

Наземные (Vigna radiata, Lens culinaris);

Поклонов, В.А., Котелевцев, С.В., Остроумов, С.А., 2013. (Успехи наук о жизни, (6), pp.71-78);

Детергент “Tide Color” powder laundry detergent

Наземное (Lens culinaris)

Cai X., Ostroumov S.A. Bioassay of “Tide Color” powder laundry detergent using…, 2020a;

наночастицы(TiO2, CuO, Al2O3)

Наземное (Lens culinaris)

Ostroumov S.A., and Xing B., 2012;

Toxicity of gold nanoparticles

Водные макрофиты Ceratophyllum demersum

Ostroumov,  et al. 2014;

surfactant-containing product

Водные макрофиты Elodea canadensis

Ostroumov S.A., Solomonova E.A. – 2013;

powder laundry detergent (Tide Color)

Наземные (Lens culinaris)

Cai X., Ostroumov S.A. 2020a;

SDS, несколько ПАВ-содержащих смесевых препаратов

Наземные (Vigna radiata, Lens culinaris)

Cai, Ostroumov, 2020b;

Cai, Ostroumov, 2020b,2021;

Необходимо отметить, что выше приведена лишь небольшая часть полученных результатов. С точки зрения развития и апробации методологии, существенное значение имеет:

1) совместимость методов фитотестирования с требованиями биоэтики;

2) высокая эффективность методики, хорошее соотношение между  объемом полученной информации и затратами ;

3) приложимость метода к анализу токсичности и индивидуальных веществ, и смесевых препаратов, и образцов окружающей среды, в том числе природной или загрязненной воды;

4) наличие в литературе большого объема аналогичной информации для сопоставления и сравнения;

5) удобство статистической обработки получаемых количественных результатов.

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТ УЧЕНЫХ БИОЛОГИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА МГУ

Результаты ученых биофака МГУ в области выявления и характеристики токсичности веществ на высших растениях были использованы и процитированы в работе других исследователей [24-33].

Некоторые примеры даны в таблице 3.

Таблица 3. Использование и цитирование вышеупомянутых (в таблице 2 и 3) работ в публикациях других исследователей

Годы

Публикации, которые цитировали  те или иные работы из списка   [5-23] (примеры)

2019

Куликова, О.А., Мазлова, Е.А., Терехова, В.А., Агаджанян, М.В. and Учанов, П.В., 2019. Оценка острой и хронической токсичности реагентов для обработки нефтезагрязненных почв и нефтешламов. (Kulikova O.A., Mazlova E.A., Terekhova V.A., Agadzhanyan M.V., Uchanov P.V. Evaluation of the acute and chronic toxicity of reagents for the treatment of oil-contaminated soils and sludge ) . // Химия в интересах устойчивого развития, 27(4), pp.373-379.

2017

Фомина, И.А., Саванина, Я.В., Барский, Е.Л., Панченко, Л.А. and Лобакова, Е.С., 2017. Сравнительная оценка уровня загрязнения водотоков методом химического контроля и методом ИК-спектроскопии внутреннего отражения диализной культуры клеток цианобактерий. //Проблемы региональной экологии, (2), pp.22-26.

2021.

Поклонова, В.А., Глебов, В.В., Аскарова, Д.А., Ерофеева, В.В. and Аникина, Е.В., 2021. Изучение токсичности СПАВ-содержащих смесевых препаратов при взаимодействии с растительными гидробионтами в условиях лабораторных биосистем. Экологическая химия, 30(5), pp.241-251.

2015

Овсянникова, И.В., Фанакова, Н.Н. and Хайруллин, Р.М., 2015. Определение токсичности средств бытовой химии с использованием семян кресс-салата (Lepidium sativum). //Актуальные проблемы региональной экологии и биодиагностика живых систем. (Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием) (p. 274-277). Т.2, Киров 2015.

Помимо работ, приведенных в таблице, цитирование имело место и в других публикациях - например   [28-33].

5. ИТОГИ И ВЫВОДЫ.

1)В серии публикаций (статьи и книги) исследователи биологического факультета МГУ привели результаты своих работ по биотестированию ряда химических веществ с целью выявления и характеристики токсичности этих веществ, с использованием высших растений в качестве тест-объектов.

2)В этих опытах использован ряд видов высших растений, как наземных, так и водных. Примеры конкретных видов названы выше в таблице 1.

3)В результате проведенных исследования выявлена определенная форма токсичности  (а именно, фитотоксичность) большого круга испытанных веществ, среди которых поверхностно-активные вещества, пестицид, несколько видов наночастиц, а также несколько смесевых химических веществ, широко используемых в жизни современного человека.

4)Рассмотренная в публикации методология  обладает определенными преимуществами и достоинствами (рассмотрены выше) и может использоваться, в том числе, при оценке экологической опасности  загрязняющих среду веществ и сточных вод (оценке воздействия на окружающую среду, ОВОС).

БЛАГОДАРНОСТЬ. Приносится благодарность коллегам из МГУ, РАН и Массачусетского университета (США) за обсуждение и советы, аспирантам и студентам МГУ за участие в опытах. 

ЛИТЕРАТУРА

1.Obroucheva N.V., Bystrova E.I., Ivanov V.B., Antipova O.V., and Seregin I.V., 1998. Root growth responses to lead in young maize seedlings. // In: Root Demographics and Their Efficiencies in Sustainable Agriculture, Grasslands and Forest Ecosystems (pp. 445-456). Springer, Dordrecht.

2.Ivanov V.B., Bystrova E.I., and Seregin I.V., 2003. Comparative impacts of heavy metals on root growth as related to their specificity and selectivity. //Russian Journal of Plant Physiology.- Vol. 50(3). – P. 398-406.

3.Ivanov V. B.,  and Zhukovskaya N. V. Effect of Heavy Metals on Root Growth and the Use of Roots as Test Objects // Russian Journal of Plant Physiology. 2021, Vol. 68, Suppl. 1. – P. S1–S25. DOI:10.1134/S1021443721070049;

4.Seregin I.V., and Ivanov V.B., 2001. Physiological aspects of cadmium and lead toxic effects on higher plants. //Russian Journal of Plant Physiology. - Vol.48(4). – P. 523-544.

5. Goryunova, S.V., and Ostroumov, S.A., 1986. Effects of an anionic surfactant on green algae and seedlings of some angiosperms (Vozdejstvije anionnogo deterghenta na zelenuju vodorosl’i prorostki nekotorykh pokrytosemennykh rastenij; Воздействие анионного детергента на зеленую протококковую водоросль и проростки некоторых покрытосеменных растений). //Biological Sciences (Biologicheskie Nauki).-  No.7. – 84-86. https://istina.msu.ru/publications/article/1062884/

6.Maksimov VN, Nagel H., Ostroumov SA  Biotesting of waters containing surfactant (sulfonol) and DNOC.[Translit of the Russian title: Biotestirovanie vod, soderzhashhih PAV (sul'fonol) i DNOK] // Hydrobiological journal. 1988. 24(4):54-55 [Sinapis alba]

7.Ostroumov S. A. Certain Aspects of Evaluating Biological Activity of Xenobiotics // Vestnik MGU, Series 16, Biologiya. - 1990.- № 2. - P. 27-34. https://www.academia.edu/51119957/ ; https://www.researchgate.net/publication/274249853; http://5bio5.blogspot.com/2015/03/citation-16-1990-2-27.html;

8.Ostroumov, S.A., Borisova, E.B., Lenova, L.I. and Maksimov, V.N., 1990. The effect of sulphonol on the culture of alga Dunaliella asymmetrica and on Fagopyrum esculentum seedlings. Gidrobiologicheskij zhurnal/Hydrobiological journal. Kiev, 26(2), pp.96-98.

9.Ostroumov, S.A., 1991. Biological activity of waters containing surfactants. Химия и технология воды, 13(3), pp.270-283.

10.Ostroumov, S.A. and Maksimov, V.N., 1992. Bioassay of surfactants based on the disruption of seedling attachment to the substrate and rhizoderm root hair formation. Biology bulletin of the Academy of Sciences of the USSR (USA). Vol.18 (4): 383-386; [Sinapis alba]

11.Ostroumov S. A., Khoroshilov V. S. Biological activity of waters polluted with a liquid surfactant-containing detergent. // Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk, Seriya Biologicheskaya. - 1992. - No. 3: -P.452-458. https://istina.msu.ru/publications/article/1107022/ ;

12.Ostroumov S. A. Biological Effects of Surfactants on Organisms, MAKS-Press, Moscow. 2001. - p. 334. (in Rus.). [translit of the title of the book: Biologicheskiie effekty pri vozdeistvii poverkhnostnoaktivnykh veshchestv na organizmy]; Biological effects of surfactants on organisms (book in Russian) / Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ на организмы; https://www.worldcat.org/title/biologicheskiie-effekty-pri- vozdeistviipoverkhnostno-aktivnykh-veshchestv-na-organizmy/oclc/263630756; http://www.scribd.com/doc/64088221/ ;

13. Ostroumov S.A. Biological effects of surfactants. CRC Press. 2006. - 280 p.; https://www.academia.edu/826799/; https://www.academia.edu/782323/;

14. Ostroumov S.A. Toxicity Testing of Chemicals without Use of Animals. //Russian Journal of General Chemistry. -2016. -Vol. 86. - No. 13. – P.  2933–2941. https://www.academia.edu/44042634/ ;

15.Ostroumov S.A., Kotelevtsev S.V. Assessing environmental hazards of chemicals: the efficient method with higher plants // Black Sea Scientific Journal of Academic Research. - 2015. -Vol.26. - P.8;

16. Ostroumov S.A., Solomonova E.A. Phytotoxicity of a surfactant-containing product towards macrophytes // Russian Journal of General Chemistry. - 2013. – Vol. 83. - P. 2614-2617; https://www.academia.edu/27074231/ ; DOI: https://doi.org/10.1134/S1070363213130057;

17. Poklonov V.A., Kotelevtsev S.V., Ostroumov S.A. On the effect of detergents on Vigna radiata and Lens culinaris under biotest conditions // Toxicological Bulletin. - 2012.- No. 5.- P. 49-53. [Translit: Poklonov V. A., Kotelevtsev S. V., Ostroumov S. A. O vozdeystvii detergentov na Vigna radiata i Lens culinaris v usloviyakh biotesta // Toksikologicheskiy Vestnik. - 2012.- № 5. -P. 49-53].

18.Ostroumov S.A. and Xing B., Effects of three types of metal oxide nanoparticles (TiO2, CuO, Al2O3) on the seedlings of the higher plant Lens culinaris, Ecologica, 2012, vol. 19, no. 65, pp. 10–14. https://www.researchgate.net/publication/265556753

19.Поклонов, В.А., Котелевцев, С.В. and Остроумов, С.А., 2013. Фитотоксичность синтетических моющих средств, содержащих поверхностно-активные вещества, при биотестировании на проростках растений. Успехи наук о жизни, (6), pp.71-78.[маш (Vigna radiata) и чечевица (Lens culinaris). При тестировании на проростках этих растений синтетических моющих средств (СМС, детергентов) Losk Automat Intensive, Dosia Color и Пемолюкс...]

20.Ostroumov, S.A., Poklonov, V.A., Kotelevtsev, S.V. and Orlov, S.N., 2014. Toxicity of gold nanoparticles for plants in experimental aquatic system. Moscow University biological sciences bulletin, 69(3), pp.108-112. DOI: 10.3103/S0096392514030080; https://link.springer.com/content/pdf/10.3103/S0096392514030080.pdf; [Ceratophyllum demersum]

21. Cai X., Ostroumov S.A. Bioassay of “Tide Color” powder laundry detergent using Lens culinaris. // Ecologica. – 2020a.- Vol. 27. – No.99. - P.395-400.

22. Cai X., Ostroumov S.A. Discovery of detergent toxicity using non-animal bioassay // Biogeochemical Innovations. – 2020b.- Vol. 2. – P.216-219. https://www.academia.edu/44455943/;

23. Cai X., Ostroumov S.A. Discovery and studies of phytotoxicity of chemical mixture with membranotropic components: new data on emergent pollutants of environment // Научные горизонты.- 2021, № 6. –  94-102.

24.Куликова, О.А., Мазлова, Е.А., Терехова, В.А., Агаджанян, М.В. and Учанов, П.В., 2019. Оценка острой и хронической токсичности реагентов для обработки нефтезагрязненных почв и нефтешламов. (Kulikova O.A., Mazlova E.A., Terekhova V.A., Agadzhanyan M.V., Uchanov P.V. Evaluation of the acute and chronic toxicity of reagents for the treatment of oil-contaminated soils and sludge ) . // Химия в интересах устойчивого развития, 27(4), pp.373-379.

25.Фомина, И.А., Саванина, Я.В., Барский, Е.Л., Панченко, Л.А. and Лобакова, Е.С., 2017. Сравнительная оценка уровня загрязнения водотоков методом химического контроля и методом ИК-спектроскопии внутреннего отражения диализной культуры клеток цианобактерий. //Проблемы региональной экологии, (2), pp.22-26.

26.Поклонова, В.А., Глебов, В.В., Аскарова, Д.А., Ерофеева, В.В. and Аникина, Е.В., 2021. Изучение токсичности СПАВ-содержащих смесевых препаратов при взаимодействии с растительными гидробионтами в условиях лабораторных биосистем. Экологическая химия, 30(5), pp.241-251.

27.Овсянникова, И.В., Фанакова, Н.Н. and Хайруллин, Р.М., 2015. Определение токсичности средств бытовой химии с использованием семян кресс-салата (Lepidium sativum). //Актуальные проблемы региональной экологии и биодиагностика живых систем. (Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием) (p. 274-277). Т.2, Киров 2015.

28.ПОЗДНЯКОВА, Н., ДУБРОВСКАЯ, Е., ГРИНЕВ, В. and ТУРКОВСКАЯ, О., 2021. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КСИЛОТРОФНЫХ ГРИБОВ PLEUROTUS OSTREATUS FLORIDA И SCHIZOPHYLLUM COMMUNE ДЛЯ МИКОРЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЯНЫМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ И ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ. БИОТЕХНОЛОГИЯ, 37(5), pp.108-116.

29.Кожевников, А.Д., Муратов, А.Ж., Кокорин, А.М. and Грачева, И.В., 2019. ВЛИЯНИЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ. ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ БИОСОРБЦИИ. In Современные проблемы надежности и техносферной безопасности: образование, наука, практика (pp. 89-95).

30.Kokorin  A.M. (Кокорин, А.М.), 2019. Studing of toxic effects of potassium bichromate on plant test-organisms // Materials of the 14th International scientific and practical conference  on environmental problems and safety (June 5, 2019). Komsomolsk-on-Amur.

31.Щукина, Д.А., Иванова, Т.С., Борисова, Г.Г. and Малева, М.Г., 2021. ВЛИЯНИЕ СПАВ-СОДЕРЖАЩИХ МОЮЩИХ СРЕДСТВ НА ПРОНИЦАЕМОСТЬ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН И СОДЕРЖАНИЕ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ В ЛИСТЬЯХ ELODEA CANADENSIS. In Экология родного края: проблемы и пути их решения (pp. 248-252).

32.Мазлова, Е.А., 2019. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПАВ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАРУШЕННЫХ АРКТИЧЕСКИХ ЗЕМЕЛЬ (Doctoral dissertation, Российский государственный университет нефти и газа).

33.Кокорин, А.М., Наумова, Е.С. and Пан, А.Г., 2019. Оценка токсичности водной среды в водоемах, расположенных на территории г. Коврова, с помощью метода биотестирования. In Экологический сборник 7: Труды молодых ученых. Всероссийская (с международным участием) молодежная научная конференция (No. 1). Учреждение Российской академии наук Институт экологии Волжского бассейна РАН. с.234-237 (Avena sativa , Lepidium sativum , Vigna radiata )

__

Рецензия на статью.

Рецензируемая статья называется «Совместимое с биоэтикой изучение токсичности учеными биологического факультета МГУ». Она написана двумя соавторами. Один из них – ведущий научный сотрудник МГУ, доктор биологических наук Сергей Андреевич Остроумов, автор открытия и автор ряда научных публикаций, в том числе многих публикаций по теме данной статьи. Второй соавтор – член-корреспондент РАН Владимир Константинович Жиров. Этими учеными уже опубликованы многие статьи, в которых используются различные методы тестирования. В данной статье они анализируют работы ученых МГУ с использованием эффективного метода биотестирования на растениях.  В этих работах получены экспериментальные данные, которые показали, в том числе, токсичность (фитотоксичность) нескольких широко используемых населением химических смесевых веществ. Использование веществ этого типа выросло в самое последнее время, что делает эту тему высокоактуальной. Важно, что используемая методология совместима с требованиями биоэтики. Статья информативная, полезная.  Рекомендую ее для быстрейшей публикации.

Доктор биологических наук

С.В. Котелевцев

о рецензенте: Сергей Васильевич  Котелевцев – доктор биологических наук,  ведущий научный сотрудник, биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова, автор многих публикаций по экотоксикологии в российских и зарубежных международных журналах.

 

Яндекс.Метрика