Т.А. Климова1, Е.С. Барышева2, Ю.А. Плотникова3

1 ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН (г. Оренбург, Россия)

2,3 ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет» (г. Оренбург, Россия)

Постановка проблемы. Проблема состояний минерального дефицита на сегодняшний день является весьма значимой и актуальной, как в медицинской, так и ветеринарной практике. Наиболее распространенными дефицитными состояниями, согласно литературным данным, являются патологические процессы, обусловленные снижением уровня железа, меди и цинка. Следует отметить, что клинические дефициты данных элементов зачастую имеют неспецифичную картину, но при этом в развитие патологического процесса вовлекаются все органы и системы, прежде всего нервная и репродуктивная, а также система крови. Исследование эссенциальных элементов, оценка биогенности и уровня биодоступности являются неотъемлемой частью проводимых исследований, направленных на разработку препаратов нового поколения.

Цель работы – изучение перспективности использования препаратов-кандидатов на основе биотрасформационных характеристик пробиотических транзиторных штаммов Bacillus в системе коррекции микроэлементозов, вызванных дефицитными состояниями меди, железа и цинка на модели лабораторных животных.

Результаты. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют об отсутствии механизмов детоксикации у исследуемых микроорганизмов в отношении тестируемых элементов. Это подтверждается отсутствием спорулирующих вегетативных форм и спор в анализируемых образцах при проведении атомно-силовой микроскопии и высоким уровнем формирования биологически активных форм эссенциальных элементов, позволяющих в короткие сроки корректировать минералдефицитные состояния по тестируемым элементам посредством образования биологически активных комплексов катионов металлов, при создании массированной катионной нагрузки на бактериальную биомассу клеток.

Практическая значимость. Обобщенный анализ полученных экспериментальных данных позволяет сделать вывод о перспективности использования бактериальных штаммов для создания биологически активных элементных комплексов с высоким уровнем биодоставки элементов в организм животных. Следует отметить значимость индивидуального методологического подхода при создании металлсодержащих биоорганических комплексов, обусловленных как уровнем резистентности бактериальных штаммов к массированной катионной нагрузке на субстрат, вызванный введением в него высокодиссоциируемых химических соединений, так и уровнем сорбции элемента.

Климова Т.А., Барышева Е.С., Плотникова Ю.А. Использование эссенциальных элементов транзиторными пробиотическими штаммами в системе коррекции минерал-дефицитных состояний на модели лабораторных животных // Технологии живых систем. 2021. T. 18. № 4. С. 34−43. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700997-202104-03

1. Sarubbo L.A., Rocha Jr R.B., Luna J.M., Rufino R.D., Santos V.A., Banat I.M. Some aspects of heavy metals contamination remediation and role of biosurfactants // Chemistry and Ecology. 2015. V 31. Iss. 8. P. 707–723.
2. Rai M. Ingle A.P., Medici S. Biomedical Applications of Metals. Springer. 2018. 356 p.
3. Giangrande A., Licciano M., Del Pasqua M., Fanizzi F.P., Migoni D., Stabili L. Heavy metals in five Sabellidae species (Annelida, Polychaeta): ecological implications // Environmental Science and Pollution Research. 2017. V. 24. Iss. 4. P. 3759–3768.
4. Küpper H., Andresen E. Mechanisms of metal toxicity in plants // Metallomics. 2016. V. 8. Iss. 3. P. 269–285.
5. Чертко Н.К. Биологическая функция химических элементов: Справочное пособие. Минск. 2012. 172 с.
6. Шейбак В.М. Биологическое значение и регуляция гомеостаза цинка у млекопитающих // Проблемы здоровья и экологии. 2016. № 4 (50). С. 11–16.
7. Mustafa G., Komatsu S. Toxicity of heavy metals and metal-containing nanoparticles on plants // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Proteins and Proteomics. 2016. V. 1864. Iss. 8. P. 932–944.
8. George S.G. Biochemical and cytological assessments of metal toxicity in marine animals // Heavy metals in the marine environment. CRC Press, 2017. P. 123–142.
9. Поляк Ю.М., Шигаева Т.Д., Кудрявцева В.А., Конаков В.Г. Влияние гранулометрического состава донных отложений на подвижность и токсичность тяжелых металлов в прибрежной зоне Финского залива Балтийского моря // Вода: химия и экология. 2017. № 1. С. 11–18.
10. Гончарук Е.А., Загоскина Н.В. Тяжелые металлы: поступление, токсичность и защитные механизмы растений (на примере ионов кадмия) // Вестник Харковского национального аграрного университета. Сер. Биология. 2017. № 1. С. 35-49.
11. Аскарова Д.А., Глебов В.В. Содержание и формы нахождения тяжелых металлов в почвенном слое // Фундаментальные и прикладные основы сохранения плодородия почвы и получения экологически безопасной продукции растениеводства. 2017. С. 64–70.
12. Бутаев Т.М., Цирихова А.С., Дзулаева И.Ю., Бутаев А.П. Микроэлементозы у детей дошкольного возраста: причины и профилактика //Современные проблемы науки и образования. 2016. № 3. С. 192–192.
13. Ткаченко А.В., Маковкина Д.В., Дробышева О.М. Элемент здоровья – цинк и его определение в различных компонентах // Здоровье и образование в XXI веке. 2017. Т 19. № 10. С. 5–10.
14. Самсонова Т.С. Массовые заболевания крупного рогатого скота в условиях напряженной экологической обстановки: особенности диагностики и терапии // АПК России. 2018. Т 25. № 1. С. 147–153.
15. Kalinowski D.S., Stefani C., Toyokuni S., Ganz T., Anderson G.J., Subramaniam N.V., Sahni S. Redox cycling metals: Pedaling their roles in metabolism and their use in the development of novel therapeutics // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular Cell Research. 2016. V. 1863. Iss. 4. P. 727-748.
16. Prashanth L., Kattapagari K.K., Chitturi R.T., Baddam V.R., Prasad K.L. A review on role of essential trace elements in health and disease //Journal of dr. ntr university of health sciences. 2015. V 4. Iss. 2. P. 75.
17. Bhattacharya P.T., Misra S.R., Hussain M. Nutritional aspects of essential trace elements in oral health and disease: an extensive review // Scientifica. 2016. P. 78–83.
18. Stevens R.G., Jones D.Y., Micozzi M.S., Taylor P.R. Body iron stores and the risk of cancer // New England Journal of Medicine. 1988. V. 319. Iss. 16. P. 1047–1052.
19. Li H., Li S., Zhao Z., Li X., Liu Z.M. Body iron stores and dietary iron intake in relation to diabetes in adults in North China // Diabetes care. 2008. V. 31. Iss. 2. P. 285-286.
20. Pan K., Wang W.X. Biodynamics to explain the difference of copper body concentrations in five marine bivalve species // Environmental science & technology. 2009. V. 43. Iss. 6. P. 2137–2143.
21. Zyadah M.A., Abdel-Baky T.E. Toxicity and bioaccumulation of copper, zinc, and cadmium in some aquatic organisms // Bulletin of environmental contamination and toxicology. 2000. V. 64. Iss. 5. P. 740–747.
22. White S.L., Rainbow P.S. On the metabolic requirements for copper and zinc in molluscs and crustaceans // Marine Environmental Research. 1985. V. 16. Iss. 3. P. 215-229.
23. Everaarts J.M., Boon J.P., Kastoro W., Fischer C.V., Razak H., Sumanta I. Copper, zinc and cadmium in benthic organisms from the Java Sea and estuarine and coastal areas around East Java // Netherlands Journal of Sea Research. 1989. V. 23. Iss. 4. P. 415–426.
24. Wang F., Shen Y.R. General properties of local plasmons in metal nanostructures // Physical review letters. 2006. V. 97. Iss. 20.  P. 206–208.
25. Mishra A., Malik A. Simultaneous bioaccumulation of multiple metals from electroplating effluent using Aspergillus lentulus // Water research. 2012. V. 46. Iss. 16. P. 4991–4998.
26. Li Z., Ma Z., van der Kuijp T.J., Yuan Z., Huang L. A review of soil heavy metal pollution from mines in China: pollution and health risk assessment // Science of the total environment. 2014. V. 468. P. 843–853.
27. Gola D., Dey P., Bhattacharya A., Mishra A., Malik A., Namburath M., Ahammad S.Z. Multiple heavy metal removal using an entomopathogenic fungi Beauveria bassiana // Bioresource technology. 2016. V. 218. P. 388–396.
28. Сизенцов А.Н. Способность микроорганизмов рода Bacillus входящих в состав пробиотических препаратов к избирательной биоаккумуляции тяжелых металлов в условиях in vitro // Вестник Оренбургского государственного университета. 2013. № 10 (159). С. 145–147.
29. Сизенцов А.Н., Гальченко Т.А., Мартынович Ю.И. Аккумуляция тяжелых металлов пробиотическими препаратами на основе бактерий рода Bacillus в условиях in vitro // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. 2013. № 216. С. 303–307.
30. Huang F., Wang Z.H., Cai Y.X., Chen S.H., Tian J.H., Cai K.Z. Heavy metal bioaccumulation and cation release by growing Bacillus cereus RC-1 under culture conditions // Ecotoxicology and environmental safety. 2018. V. 157. P. 216–226.
31. Sizentsov A.N., Cherkasov S.V., Karpova G.V., Bibartseva E.V., Kvan O.V., Kunavina E.A., Levenets T.V., Strekalovskaya A.D. The technology of chemical compound biotoxicity assessment by the method of agar basins // International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET). 2018 V. 9. Iss. 11. P. 455–460.
32. Sizentsov A., Davydova O., Nikiyan H., Sizentsov Ya., Barysheva E., Bykov A. Assessment the technology for heavy metal biotoxicity and biosorption by bacterial cells // Biochem. Cell. Arch. 2021. V. 21. Iss. 1. P. 901–906.