Модификация грибов из рода Penicillium техногенными золотосодержащими отходами

2000.-№2.-С.52-54.

33. Перельман Ю.М., Луценко М.Т. Кардиорес-пираторная система при беременности.-Новосибирск: Наука, 1986.-118 с.

34. Прямкова Ю.В. Бронхиальная астма и бере-менность//Пульманология.-2002.-.№1.-С 109-116.

35. Пустотина О.А., Бубнова Н.И., Гуртова Б.А. Клинические, морфологические и цитологические критерии диагностики врожденной инфекции//Акуш. и гин.-2002.-№>1.-С.13-16.

36. Самсыгина Г.А., Прямикова Ю.В. Состояния здоровья детей рожденных от матерей страдающих бронхиальной астмой//Педиатрия. -2001. -№3 .-С.34-38.

37. Сельков С.А., Айламазян Э.К. Генитальный герпес: современные подходы к диагностике и тера-пии//Ученые записки СПб ГМУ им. акад. И.П.Павлова.-2000.-Т.7, №1.-С.34-41.

38. Соловьева А.С., Попов А.А. Состояние липидного обмена у женщин на разных сроках беременности при заболеваниях органов дыхания//Бюл. физи-ол. и патол. дыхания.-2000.-Вып.7.-С.90-94.

39. Сухих Г.Т., Ванько Л.В., Кулаков В.И. Иммунитет и генитальный герпес//Н-Новгород: Изд-во НГМА, 1997.-224 с.

40. Bahna J.L., Bjerkedal T. The course and outcome of pregnancy in women with bronchial asthma//Acta Aller-gol (Kbh) .-1972. -№27 .-P.397-406.

41. Bergmann K.E., Bergmann R.L., Schulz J. et al. Prediction of atopic disease in the newborn: methodologi-

cal aspects//Clin. Exp. Allergy.-1990.-Vol.20.-P.21-26.

42. Bergmann R.L., Edenharter G., Bergmann K.E. et al. Predictability of early atopy by cord blood- Ig E and paternal history//Ibid.-1997.-Vol.27.-P.752-760.

43. Burdon J.G.W., Goos G. Аsthma and preg-nancy//Aust.N.ZJ.Med-1994.-Vol.24, №1.-P.3-4.

44. Cardner H.L. Herpes genitalis: Our most important venereal desease//Amer. J. Obstet. Gynec.-1979.-Vol. 135, №5.-P.553-555.

45. Casas R., Bjorksten B. Detection of Fel 1-immunoglobulin G immune complexes in cord blood and sera from allergic and nonallergic mothers//Pediatr. Allergy Immunol.-2000.-Vol.12, №2.-P.59-64.

46. Centner J., de Weck A.L. Atlas of immuno-allergology.-Seattle: Hogrete and Huber Publishers, 2000.98 p.

47. Fukamatsu J., Tomita K., Fukuta T. Further evedence of prolactin production from human deciduas and its transport across fetal membrane//Gynecol. Obstet. In-vest.-1984.-Vol.17.-P.309-316.

48. Maler A., Jager R., Kupn P. et al. Evaluation of maternofetal transport during human pregnancy//Amer. J. Reprod. Immunol.-1996.-Vol.36.-P.248-255.

49. Nahmias A.J., Josey W.E., Naib Z.M. Neonatal herpes simplex infection. Role of genital infection in mother as the source of virus in the newborn//JAMA.-1967.-№3.-P.164-168.

50. Schatz M. Asthma and pregnancy//Immunol. All. Ohin. North America.-1996.- Vol.16, №4.-P.893-916.

УДК 551.435.723: 579

В.М.Катола

МОДИФИКАЦИЯ ГРИБОВ ИЗ РОДА РЕШСИЬШИ ТЕХНОГЕННЫМИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИМИ ОТХОДАМИ

Амур КНИИ АмурНЦ ДВО РАН, г Благовещенск

РЕЗЮМЕ

С помощью микробиоиндикации и на других фактах показана экологическая опасность золотосодержащих горнорудных отвалов и загрязненных ртутью хвостов шлихо-обогатительной установки, хотя выделенные из них пенициллы сохраняют основные фенотипические свойства. В опытах, исключающих участие бактерий, они активно выщелачивает и аккумулируют в биомассе рудные элементы. Такой же способностью обладает

P.chrysogenum, изолированный из лаважной жидкости больного хроническим бронхитом, однако его биомасса слабо захватывает металлы, преимущественно оставляет их в растворе. Рассматривается роль модифицированных микромицетов в патологии.

SUMMARY

V.M.Katola

FUNGUS (PENICILLIUM) MODIFIED BY WASTE CONTAINING GOLD

With the help of microbioindication we showed that dumps containing gold as well as finishing macine ends containing mercury cause damage to the environment, though extracted penicilles retain phenotypic characteristics. They lixiviate an accumulate ore elements in biomass. P.chrysogenum isolated from lavage fluid of the patient with chronic bronchitis has similar ability, however its biomass doesn’t capture metals well and leaves them in solution. We studied the role of modified micromycetes in pathology.

Онтогенез микроорганизмов техногенных отвалов, неизбежных при разработке полезных ископаемых, представляет серьезную медико-биологическую проблему. И не удивительно. Финалом существования любого природного тела является разрушение кристаллической решетки с высвобождением химических элементов, а от их баланса в местообитании во многом зависит возрастание у патогенов и непатогенов адге-зивности, вирулентности, токсигенности, заодно устойчивости к антибиотикам [1, 9]. На выходе эродированных рудных месторождений постоянно вегетируют многочисленные металлотолерантные штаммы, под прикрытием которых могут распространяться фенотипы с флуктуациями биологических свойств. Таким образом, между геологической средой и здоровьем населения существует незримый мост из микроорганизмов, всегда готовых создать очаг эпидемиологической опасности. Однако, комплексное воздействие горных пород, минералов и продуктов гипергенной переработки на микроценозы, в частности на физиоло-гиию микроскопических грибов полностью неизучено. Грибы же осуществляют не только превращения, жизненно важные для всей биоты, они - источник многих заболеваний. К примеру, в поражении дыхательного аппарата среди микромицетов ведущее значение принадлежит роду Aspergillus [2, 3, 4], но уже в 1984 г. был описан аллергический альвеолит, вызванный Penicillium chrysogenum и P.cyclopium [11].

Исходя из актуальности экологии микроорганизмов, настоящая работа посвящена исследованию взаимоотношений природных пеницилл с геологическим материалом, который был извлечен на поверхность Земли и преобразован в процессе золотодобычи. В сущности, ее отвалы (отходы) представляют собою искусственно созданные геосистемы. Они отличаются строением, составом, технологией переработки, концентрацией золота.

Методика

В исследованиях использованы образцы из террикона ручной сортировки руд Кировского рудника (Амурская область) и загрязненных ртутью хвостов шлихо-обогатительной установки (ШОУ) Софийского золотоносного узла (Хабаровский край). Важнейшей их особенностью, кроме физико-механических и геохимических, является отсутствие почвенно-

растительного покрова, интенсивное пылеобразова-ние, нарушения водного стока, дефицит питательных веществ. Фенотипические свойства выделенных из них пеницилл изучали в трех сериях опытов, которые имитировали их персональную, без ассоциации с бактериями, геохимическую деятельность в условно техногенном ландшафте (прогибы, западения, канавы, карьеры) с периодическими колебаниями влажности, источников углерода, фосфора, азота: а) на твердых и жидких средах, что позволяло сравнивать признаки штаммов; б) во время развития непосредственно в стерильных образцах из хвостов ШОУ с ограниченной водной активностью и лимитом питательных веществ; в) на жидких средах с такими же образцами в соотношениях Т:Ж=1:7. Здесь имитировались переувлажение

геологической среды и начальный избыток питания. Для сравнения отдельно была исследована способность штамма P.chrysogenum, изолированного из жидкости бронхо-альвеолярного лаважа у больного хроническим бронхитом, к биовыщелачиванию тяжелых металлов. Содержание микроэлементов в биомассе и растворе определяли на атомно-адсорбционном спектрофотометре фирмы «HITACHI» (Япония).

Результаты и обсуждение

Разработка месторождений сопровождается разрушением исторически сложившихся биогеоценозов, поэтому в конкретной геологической среде происходит сукцессионная перестройка микробиоты с селекцией популяций, неоднородных по физиологическим свойствам. Согласно нашим подсчетам, в рыхлом покрове отходов обитают учитываемые на искусственных средах убиквитарные бактерии (3,7х105 -1,5х106 КОЕ/г) в ассоциации с грибами (2,1х104 -6,2х104 зачатков/г), суммарная численность которых значительно меньше, чем в почвах или месторождениях золота. Среди микроскопических грибов доминирует род Penicillium (71,3%), другие роды занимают минорную позицию. В биотопах, где концентрация ртути достигает 300 г/т бактерии отсутствуют, из микромицетов встречается лишь вид P.canescens, служащий биоиндикатором неблагополучия. Следовательно, биотическую компоненту золотосодержащих отходов представляет бактериомикотический дисбиоз с разнообразием изменчивости популяций. Здесь же нами впервые обнаружена распространенная среди микробиоты форма антагонизма - хищничество. На рис. 1 показано нападение бактерий-экзопаразитов на грибную гифу in situ.

Таксономическое биоразнообразие и колонизацию микроорганизмов в отвалах ингибируют, кроме выше упомянутого интегрального комплекса, токсические группы тяжелых металлов: в горнорудном терриконе Cu, Pb, Hg, As, Sb, W, Bi, в хвостах ШОУ -Cr, Pb, Hg, As, Sb, Sn, Bi. Содержание именно этих металлов в десятки раз превышает их кларковые значения, тогда как концентрации других элементов равны или меньше среднего уровня в земной коре. Корреляции между количеством микроорганизмов, концентрацией и типоморфизмом золота не отмечено. Ранее нами показано [7], что отвалы золотодобычи - источник эмиссии тяжелых металлов в атмосферу, почвы, воды. Более того, тревожным симптомом является отсутствие на территории диких животных, рыбы, долинной растительности, склонность населения к заболеваниям [8]. Таким образом, в итоге можно заключить: техногенные отходы, остающиеся после выработок рудных и россыпных месторождений золота, экологически вредны.

Однако, по ростовым и некоторым видовым биологическим свойствам обитающие в отвалах пени-циллы проявляют резистентность к локальным факторам. Выделенные в чистые культуры, они диссоциируют в жидкой среде, в том числе в присутствии зартученных образцов, с формированием различающихся скоростью роста, размерами, формой и цветом

Рис. 1. Нападение неидентифицированных палочковидных бактерий на грибную гифу.

колоний, полиморфного мицелия, неоднородных спор. Будучи одним из признаков внутрипопуляци-онной изменчивости, диссоциация определяет не только стойкость пеницилл в окружающей обстановке, но и значительно расширяет их экологические возможности. Так, наибольшей целлюлазной активностью обладают P.canescens и P.citreo-nigrum, наименьшей - P.chrysogenum. Зато P.chrysogenum максимально (122,88 мкг/мл) секретирует в среду роста пенициллины, намного меньше (15,36 мкг/мл) выделяет их P.citreo-nigrum, еще меньше (7,68 мкг/мл) штаммы P.canescens. Кроме того, виды и даже штаммы заметно отличаются по балансу микроэлементов, контрастность, захват и накопление которых во многом связаны с размерами минеральных зерен, растворимостью, количеством и составом изоморфных примесей [5].

Фенотипическая модификация пеницилл в период вегетирования в антропогенно-трансформированной геосистеме во многом зависит от ее влажности. Ограничение водной активности замедляет развитие P.canescens непосредственно в образцах. При комнатной температуре 19...+24°С и дневном освещении рост в виде серовато-белой споруляции констатируется спустя месяц после инокуляции спор. Места роста разделяет буроватая зона окисления, которая сигнализирует об активной геохимической деятельности. Одновременно на электронно-

микроскопическом уровне у штамма дифференцируются два феноменальных признака-характерный морфогенез и отказ от адсорбции твердых форм на клеточной поверхности. Ранее они небыли описаны и несвойственны пенициллам при росте на искусственных средах. Согласно рис. 2 мицелий состоит из нитей двух типов - тонких и широких (в контроле три типа густо переплетающихся гиф), которые дистанцируются друг от друга и слабо ветвятся. Гифы не адсорбируют частиц, не формируют конидиеносцев -образование репродуктивных органов происходит прямо на сфацелиальных (конидиеобразующих) клетках. Споры общим матриксом объединяются в группы и локализуются на гифах либо вне их, иногда по размеру преобладают над ними. Попадаются деформированные и разрушенные экземпляры. Нетра-

диционное хранение в образцах в течение нескольких лет не лишает спор способности к прорастанию при смачивании субстрата питательной средой или просто стерильной водой.

Если с поверхности образца перенести споры P.canescens в «голодную» среду (коллоидное золото, размер частицы около 10 нм), то развивающийся в глубине мицелий дестабилизирует коллоидную систему без фиксации гранул золота. Правда, с помощью электронной микроскопии в биомассе все-таки найдены отдельные гифы-адсорбенты. Но, что самое интересное: достаточно было пассажа в жидкой среде Чапека, чтобы после инокуляции спор из среды обратно в коллоидное золото выросшие гифы всей поверхностью равномерно аккумулировали золь. Однозначная интерпретация причин, влияющих на мече-ние биомассы коллоидным золотом в зависимости от условий вегетации, затруднительна. Прежде всего, ими могут быть или отсутствие отрицательно заряженных участков на поверхности гиф, или отсутствие центров, способных адсорбировать частицы данного диаметра. Допустимы также изменения в составе пигментов, хитина, белков или липидов, компонующих клеточную стенку. Во всяком случае, с ней как цитологической структурой связаны все возможные причины. По нашему мнению, вариации

а

б

Рис. 2. Мицелий (а) и спорогенез (б) P.canescens в минеральном субстрате.

энергозатратную адсорбцию минеральных частиц, пенициллы расходуют скудные ресурсы экотопа на поддержание влажности мицелия, обеспечения доставки растворенных веществ, их транспортировку по гифам, репродукцию и сопротивляемость стрессорам. Описанные явления так или иначе сопровождаются метаболическими сдвигами. Даже спустя 2 года в биомассе интродуцента содержание микроэлементов превышало исходный уровень Аи в 875 раз, Ag в 58,3 раза, N1 в 31,8 раза, Со в 454 раза, Сг в 25,4 раза. В меньшей степени это касалось концентрации Си, 2п и РЬ.

Другое дело, повышенный приток в местообитание питательного субстрата и воды. Пенициллы сразу же форсируют миковыщелачивание рудных элементов (табл. 1). В итоге понижается магнитность пород, на клеточной стенке происходит фракционирование и адсорбция твердых дисперсных форм, осуществляется внутриклеточный транспорт ионов. С большим эффектом экстрагируются химические элементы штаммом P.chrysogenum, выделенным из жидкости бронхо-альвеолярного лаважа человека (табл. 2). Разница лишь в том, что элементы, особенно золото и серебро, слабо аккумулируются биомассой и остаются преимущественно в растворе, образуя уже в первые 5 суток ряд ниспадающих концентраций РЬ> Сг> Си> Со> 2п> №> Ag> Аи. Разумеется, в последующие сроки ряды миграции элементов меняются.

Как известно [10], грибное выщелачивание в большом интервале рН осуществляется многочисленными метаболитами - белками, органическими кислотами, аминокислотами, перекисями, цианидами. Вторичная продукция грибами специфических веществ чаще увеличивается в идиофазу, когда пре-

кращается рост и клеточное деление. Судя по нашим опытам, контакт пеницилл с минералами ускоряет синтез органических кислот, о чем свидетельствует понижение рН инкубационного раствора с 7,0 до 3,02,0. В результате в биотопе довольно рано индуцируется кислый органический геохимический барьер, на котором скапливаются изоморфные элементы, покидающие в первую очередь кристаллическую решетку минералов с малой константой устойчивости. Мицелий преобразуется в микогеохимическую аномалию и она регулирует концентрацию, значит, и токсичность тяжелых металлов. Таким образом, в конкретной геологической среде пенициллы вырабатывают своеобразную адаптивную стратегию, направленную на жизнеобеспечение и репродукцию. А так как она циклична, регламентируется питательными веществами, водной активностью, температурным режимом, то реализуется по определенному сценарию с реконструкцией морфологии и физиолого-биохимических характеристик. В засушливый период мицелий, повреждаясь, фрагментируется на органоминеральные конгломераты [6], которые могут переноситься, осаждаться, способствовать выветриванию фиксированных парагенезисов или попадать в макроорганизм, где подвергаются дальнейшей трансформации.

Выщелачивание (избирательное растворение и вынос) химических элементов является, вероятно, одной из ключевых функций микробиоценоза высших организмов. Нарушения экскреции, особенно переменновалентных металлов либо их локальное депонировании в секретах дыхательных путей, пищеварительном тракте, на коже могут индуцировать цепные реакции с появлением низкомолекулярных гаптенов, сложных антигенных комплексов, местной

Таблица 1

Динамика накопления тяжелых металлов в биомассе P.canescens (мкг/г сух. б.м.) в процессе их выщелачивания из хвостов ШОУ

Рост (сут.) Аи Ag Си N1 Со Сг 2п РЬ Са

5 4,0 5,0 20,2 26,4 0,27 31,08 41,35 17,02 -

16 28,2 20,3 174,6 111,2 12,1 149,7 120,6 141,3 -

23 10,9 9,1 391,8 62,4 34,3 75,6 48,6 75,3 -

38 0,2 5,0 293,0 186,6 21,6 736,0 200,0 51,0 <1,6

Примечание: (-) отсутствие элемента.

Таблица 2

Содержание тяжелых металлов в биомассе (мкг/г ) P.chrysogenum, выделенного из лаважной жидкости, и инкубационном растворе (мкг/мл) в процессе миковыщелачивания из хвостов ШОУ

Рост (сут.) Объект исследования Аи Си N1 Со Сг 2п РЬ

5 а 2,9 0,5 12,3 34,2 1,5 35,5 22,6 2,3

б 2,0 2,5 307,0 140,0 250,0 317,0 145,0 610,0

15 а 0,13 0,6 4,8 5,6 0,7 6,0 14,7 1,9

б 0,6 5,7 727,0 160,0 142,0 267,0 100,0 142,0

23 а 3,0 4.9 6,3 9,0 0,8 13,6 15,7 7,32

б 9,0 11,4 140,0 157,0 112,0 750,0 102,0 112,0

Примечание: а - биомасса, б - инкубационный раствор.

перестройкой ценозов, селекцией и распространением видов с измененной антигенной структурой, патогенностью, вирулентностью, токсигенностью.

Выводы

1. Золотосодержащие горнорудные отвалы и загрязненные ртутью хвосты ШОУ, являясь экологически опасными для биоты, заселены антагонистическими бактериями и грибами с ограниченной численностью и бедным таксономическим разнообразием.

2. Природные пенициллы, выделенные из отвалов золотодобычи, сохраняют основные фенотипические свойства, геохимическую активность, конкурентоспособность.

3. Пенициллы, изолированные из жидкости брон-хо-альвеолярного лаважа, выщелачивают рудные элементы из природного объекта, свидетельствуя, что в макроорганизме происходят процессы, идентичные химико-биотическому выветриванию в зоне гипергенеза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дорожко О.В., Ротшильд Е.В. Микроэлементы в жизнедеятельности патогенных и некоторых других микроорганизмов//Успехи современ. биол.-1985.-Т.99, Вып. 2.-С.313- 319.

2. Механизмы гиперчувствительности к грибковым аллергенам у больных бронхиальной астмой/ Э.А.Доценко, Д.К.Новиков, Б.Канакри, Т.С.Колосова //Иммунология.-1997.-№3.-С.43- 47.

3. Журавлева Н.П., Бабенко Г.А., Бегаева Н.Н. Спонтанная изменчивость популяции штаммов грибов рода Aspergillus - продуцентов аллергеноактивных веществ//Журнал микробиол., эпидемиол. и им-мунол.-1998.-№1.-С.67-70.

4. Казаринова Т.А. Значения грибов рода Aspergillus в развитии бронхолегочной патологии//Пробл. туб.-1998.-№1.-С.57-61.

5. Катола В. М. Микроэлементный состав грибов

Penicillium из техногенных литоаккумуля-

ций//Генезис месторождений золота и методы добычи благородных металлов: Материалы междунар. науч. конф., 28-30 августа 2000 г.-Благовещенск,

2001.-С.228-230.

6. Катола В.М. Особенности пылей, осевших на твердые поверхности//Бюл. физиол. и патол. дыха-ния.-2001.-Вып.10.-С.56-59.

7. Радомский С.М., Радомская В.И., Катола В.М. Загрязнение ртутью районов золотодобычи //Строительство и природообустройство на рубеже тясячелетий: Тр. междунар. науч.-техн. конф.-Благовещенск, 2000.-С.401-403.

8. Поздняков А.М., Бродягин В.А., Крупская Л.Т. Экологически безопасная технология переработки отходов Софийского прииска ОАО «Приморзолото» //Научные и практические аспекты добычи цветных и благородных металлов: Докл. междунар. совещания. Т.2.-Хабаровск, 2000.-С.497- 498.

9. Чубуков В.Ф., Литвин В.Ю. Круговорот химических элементов в природе и его взаимосвязь с экологией и жизнедеятельностью микроорганиз-мов//Успехи современ. биол.-1989.-Т.108, Вып.2 (5).-

С.261- 278.

10. Burgstaller W., Schinner F. Leashing of metals with fungi //J. of Biotechnol.-1993.-N°27.-F.91-116.

11. Fergusson R.j., Milne J.R., Grompton G.K. Penicillium allergic alveolitis: Foulty installation of central heating//Thorax.-1984.-Vol.39, №4.-P. 294-298.

ИНФОРМАЦИЯ, ХРОНИКА

ОТЧЕТ о деятельности Фонда «Медикоэкологический прогресс во имя здоровья матери и ребенка» за 2002 год.

Фонд зарегистрирован управлением юстиции администрации Амурской области 10.02.97, как региональная общественная организация,

свидетельство о государственной регистрации №391. Фонд осуществляет свою деятельность на основании собственного Устава.

Согласно ст. 2.1 Устава деятельность фонда осуществляется в целях поддержки интеллектуального потенциала медицинской науки в Амурской области, разработки новых технологий диагностики и лечения заболеваний дыхательной системы (нагноительные заболевания легких, бронхиальная астма, злокачественные поражения легких), защиты ее от вредных условий окружающей среды. Приоритетным направлением деятельности Фонда является оказание помощи в решении научно-практических проблем сохранения и коррекции здоровья беременных женщин и детей.

В 2002 году предпринимательская деятельность, деятельность, требующая лицензирования, фондом не велась. Никаких некоммерческих организаций, в том числе средств массовой информации, фонд не учреждал. Ни в каких союзах (ассоциациях) общественных объединений фонд не состоит.

В 2002 году в Фонд поступлений денежных средств в Фонд не было. В настоящее время Фонд располагает недвижимым имуществом балансовой стоимостью 270000 рублей.

Фондом осуществляется патронаж за деятельностью детской консультативной пульмонологической поликлиники, отделения патологии дыхания беременных ГУ ДНЦ ФПД СО РАМН, оказывается необходимая помощь в организации лечебнопрофилактических мероприятий, издании периодического научно-медицинского издания «Бюллетень физиологии и патологии дыхания».