Эффективность применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus для биокоррекции Cu на основании изучения показателей крови лабораторных животных

Эффективность применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus для биокоррекции Cu на основании изучения показателей крови лабораторных животных

А.Н. Сизенцов, к.б.н, ФГБОУ ВПО Оренбургский ГУ; Е.Ю. Исайкина, ФГБОУ ВПО Оренбургский ГАУ

В настоящее время в условиях интенсивного техногенного загрязнения в окружающей среде стали широко распространены тяжёлые металлы. Большая часть тяжёлых металлов необходима в микродозах для нормального функционирования

живых систем. Однако при их передозировке наблюдаются нарушения жизнедеятельности как у человека, так и животных. Их соединения не участвуют в нормальном обмене веществ, и их постепенное накопление ведёт к различным заболеваниям [1].

Оренбургская область является крупным многоотраслевым промышленным комплексом и зани-

мает одно из ведущих мест среди регионов России по загрязнению окружающей среды. В целом, оценивая эколого-геохимическое состояние природных сред Оренбургской области, необходимо отметить, что их загрязнение тяжёлыми металлами носит мозаичный и полиметальный характер. Экологическая обстановка области характеризуется как опасная, что обусловлено высоким уровнем загрязнения тяжёлыми металлами атмосферного воздуха, почвенного покрова и поверхностных водных объектов.

Известно, что способность концентрировать металлы широко распространена в природе среди различных организмов. Большой интерес вызывает изучение данной способности среди микроорганизмов, входящих в состав пробиоти-ческих препаратов. Пробиотики обладают такими свойствами, как антагонистическая активность в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, высокая ферментативная активность, иммуностимулирующее действие. Важным является то, что входящие в состав пробиотических препаратов микроорганизмы рода Bacillus являются самоэлеминирующимися антагонистами и способны оказывать антитоксическое действие, проявляющееся в активном выведении токсичных веществ из организма, в частности тяжёлых металлов [2, 3].

Тяжёлые металлы обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям. Многие из них имеют переменную валентность и участвуют в окислительно-восстановительных процессах. Тяжёлые металлы могут выступать в экосистемах в роли биогенных элементов, т.е. химических элементов, постоянно входящих в состав живых организмов и выполняющих определённые биологические функции. Также могут выступать в качестве токсикантов, т.е. веществ, приводящих в определённых дозах (небольших относительно массы тела) или концентрациях к расстройству или нарушению тех или иных процессов жизнедеятельности организма либо к возникновению отравления (интоксикации) или каких-либо заболеваний, патологических состояний.

Деятельность значительной части тяжёлых металлов в биологических системах различна [4]. Ионы тяжёлых металлов принимают участие практически во всех процессах обмена веществ. Известно, что микроорганизмы при взаимодействии с ионами тяжёлых металлов способны их накапливать. Способность микроорганизмов аккумулировать тяжёлые металлы играет важную роль и в экологических взаимоотношениях микроорганизмов. В природных условиях встречается большое количество микроорганизмов, которые адсорбируют от 30 до 40% ионов тяжёлых металлов на своей поверхности. Способность аккумулировать металлы обнаружена и среди условно-патогенных микроорганизмов. Микробная аккумуляция метал-

лов является ключевым моментом в геохимической и биологической рециркуляции этих элементов. Положительные эффекты аккумуляции заключаются в детоксикации металлов в окружающей среде с последующей выгодой для более чувствительных видов [5, 6].

В настоящее время наибольший интерес по способности аккумулировать металлы вызывают бактерии рода Bacillus. Интерес к микроорганизмам рода Bacillus в отношении их способности к накоплению ионов тяжёлых металлов возник в связи с данными, которые были получены на кафедре микробиологии Университета Порт-Харкорт в Нигерии, где были проведены исследования по изучению аккумуляции бактерий тяжёлых металлов (кадмия, свинца, цинка и никеля) тремя видами бактерий (Bacillus, Staphilococcusи Pseudomonas), которые использовались в качестве сорбентов тяжёлых металлов в речной воде с целью их очистки [7].

Микроорганизмы рода Bacillus отличаются высоким и разнообразным спектром биологической активности. Они продуцируют целый ряд ферментов, лизирующих крахмал, пектины, целлюлозу, жиры, белки, также производят различные аминокислоты, антибиотики, витамины и многие другие вещества. Особый интерес к изучению способности бактерий рода Bacillus к накоплению металлов также вызван тем, что некоторые из них являются основой для создания пробиотических препаратов [8, 9]. Изучение способности бактерий рода Bacillus, входящих в состав пробиотиков, к накоплению тяжёлых металлов является важным с целью оценки эффективности применения про-биотиков на их основе при отравлении тяжёлыми металлами. В дальнейшем это может послужить основой для совершенствования пробиотических препаратов для лечения и профилактики кишечных инфекций при одновременном удалении из организма токсичных веществ, в частности тяжёлых металлов [10, 11].

В связи с этим целью нашей работы являлось определение эффективности применения про-биотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus при интоксикации Cu на основании изучения динамики показателей крови.

Материалы и методы. Для реализации поставленной цели нами были определены следующие задачи: изучить влияние ионов меди на морфологические и гематологические показатели крови экспериментальных животных; изучить влияние ионов меди на показатели неспецифической резистентности крови экспериментальных животных. Данные задачи были реализованы при помощи биологической модели лабораторных животных, у которых интоксикация медью была искусственно вызвана. В качестве объектов исследования использовались лабораторные крысы. Экспериментальное моделирование по изучению воздействия ионов меди на гематологические и показатели неспецифического

иммунитета осуществляли посредством добавления сульфата меди в рацион экспериментальных животных. В дальнейшем была изучена способность пробиотических препаратов снижать токсический эффект, вызванный высоким содержанием меди.

В работе были использованы три пробиотиче-ских препарата: Споробактерин жидкий, Бактисуб-тил и Ветом 2. Основой споробактерина является Bacillus subtilis 3, Бактисубтила — Bacillus cereus IP 5832. Ветом 2 является бинарным препаратом, который имеет в своём составе Bacillus subtilis В 7048 и Bacillus licheniformis В 7038.

Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием первичных методов вычисления элементарных математических статистик: среднее значение, среднее квадратичное отклонение.

С целью проведения исследования из 108 особей было сформировано восемь групп — пять контрольных и три опытных. Группа К0 являлась фоном, в основной рацион животных гр. К1 добавляли только сульфат меди, К2 — Споробактерин жидкий, КЗ — Бактисубтил, К4 — Ветом 2. В основной рацион крыс опытных групп (О1, О2, ОЗ) добавляли и сульфат меди, и пробиотики. Дозировка пробиотиков соответствовала аннотациям к препаратам.

Подопытные животные находились в одинаковых условиях содержания. Кормление осуществляли в соответствии с нормами ВИЖа. Соли тяжёлых металлов задавали в первые сутки эксперимента, а пробиотики — через 12 час. с момента интоксикации с 1 по 7-е сут. Взятие материала проводили с периодичностью в семь дней (фоновое исследование, 7-е, 14-е и 21-е сут.) путём убоя животных методом декапитации. Кровь исследовали на морфологические показатели (эритроциты, гемоглобин, скорость оседания эритроцитов, лейкоцитарный профиль). Бета-литическую активность определяли фото-нефелометрическим методом по О.В. Бухарину.

Результаты исследования. Из всех морфологических показателей крови значимым изменениям подверглись составляющие лейкограммы — лим-

фоциты и нейтрофилы, а также СОЭ. Лимфоциты и нейтрофилы оказались за пределами физиологической нормы у животных контрольных и опытных групп на 7-е сут. исследования. Повышенное содержание лимфоцитов свидетельствует о наличии интоксикации тяжёлым металлом и, как следствие, ответной реакции организма на данный процесс. Наибольшие значения СОЭ отмечали в крови лабораторных животных опытных групп, что может свидетельствовать о наличии в организме воспалительного процесса, вызванного солями тяжёлых металлов. Уровень СОЭ в крови животных контрольных групп на протяжении всего эксперимента находился в пределах верхней границы физиологической нормы. Необходимо отметить положительное действие пробиотиков на морфологию крови, что проявилось в отсутствии резких изменений в лейкограммах животных опытных групп по отношению к фоновым значениям.

В качестве показателей естественной резистентности изучали лизоцимную и бета-литичекую активность.

Лизоцим (мурамидаза) — один из важных факторов неспецифической защиты организма. В ходе выполнения экспериментальной части было установлено, что концентрация лизоцима в сыворотке крови особей всех опытных групп была значительно выше по сравнению с группой К0, содержащейся на обычном рационе без добавления пробиотических препаратов и соли металла. Однако следует отметить, что к 14-м сут. эксперимента в группах О1 и О2 уровень изучаемого показателя снизился до уровня значений К0, а к 21-м сут. уровень лизоцимной активности в крови животных всех опытных групп был ниже уровня в группе К0. На наш взгляд, это может свидетельствовать об эффективности применения пробиотических препаратов при интоксикации медью (рис. 1).

Бета-лизины являются гормоноподобными мембрано-активными термостабильными полипептидами, способными к нейтрализации грамположи-тельных спорообразующих бактерий, в связи с чем мы и связываем повышение данного показателя у

Ч 6

s

1 5,5

и 5 =

* 4,5 а

£ 4

<и

s 3,5 о

И Т

фон

____Г---*-т I i

*--- а ---

Г> 1 <

--

7 14

срок взятия материала, сут.

21

Рис. 1 - Динамика лизоцимной активности сыворотки крови:

КО - фон; К1 - контроль, Си; К2 - контроль, Споробактерин; КЗ - контроль, Ветом 2; К4 - контроль, Бактисубтил; О1 - Си + Споробактерин; О2 - Си + Ветом 2; ОЗ - Си + Бактисубтил

f

18

к =

я а а

ё13 <и

Я „

х 8

о «

!

?

-—Ко

А К2

Кз

К4

А А

• О,

• о.

фон 7 14

срок взятия материала, сут.

Рис. 2 - Динамика бета-литической активности сыворотки крови

21

животных опытных групп. При этом показатели в контрольных группах были выше нормы на всём протяжении опыта.

Динамика бета-литической активности сыворотки крови практически на всём протяжении эксперимента была аналогична лизоцимной активности сыворотки крови. Однако следует отметить, что концентрация бета-лизинов в сыворотке крови крыс всех опытных и контрольных групп, где применялись пробиотические препараты, превышала значения КО на протяжении всего эксперимента. Мы полагаем, что это может быть связано с тем, что бактерии рода Bacillus способны циркулировать в кровеносной системе, не вызывая септических явлений, но при этом активизируя показатели неспецифической резистентности (рис. 2).

Выводы. В результате исследования было установлено, что пробиотические препараты на основе спорообразующих бактерий рода Bacillus предотвращают развитие острого воспалительного процесса, о чём свидетельствуют отдельные гематологические показатели. Так, в крови животных всех опытных групп отмечалось снижение уровня СОЭ и происходила стабилизация лейкоцитарного профиля до значений физиологической нормы, в отличие от группы контроля металлов. Пробиотические штаммы микроорганизмов на основе бактерий рода Bacillus стимулируют показатели неспецифической резистентности сыворотки крови.

Литература

1. Алексеенко В.А. Основные факторы накопления химических элементов организмами // Соровский образовательный журнал. 2001. Т. 7. № 8. С. 20-24.

2. Сизенцов А.Н., Вишняков А.И., Новикова А.Е. Экологические аспекты аккумуляции свинца и цинка пробиотическими препаратами на основе бактерий рода Bacillus // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. № 4. С. 7-9.

3. Холопов Ю.А. Тяжёлые металлы как фактор экологической опасности: метод. указ. к самост. работе по экологии для студентов. Самара: СамГАПС, 2003. 42 с.

4. Будников Г.К. Тяжёлые металлы в экологическом мониторинге водных систем // Соровский образовательный журнал. 2000. № 5. С. 23-29.

5. Агаджанян Н.А., Скальный А.В. Химические элементы в среде обитания и экологический портрет человека. М.: изд-во КМК, 2001. 84 с.

6. Volesky B., Holan Z. Biosorption of Heavy Metals // Biotechnology Progress. 2008. V. 11. № 3. P. 235-250.

7. Smimov V.V. The current concepts of the mechanisms of the therapeutic-prophylactic action of Probiotics from bacteria in the genus Bacillus // Microbiol. 2003. № 4. С. 92-112.

8. Абрамова Л.Л. Сизенцов А.Н., Шеботина Н.В. Морфологическое обоснование эффективности применения про-биотических препаратов при лечении сальмонеллёза крыс // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2011. № 1 (29). С. 195-192.

9. Сизенцов А.Н. Эффективность применения пробиотических препаратов при интоксикации цинком // Вестник ветеринарии. 2013. № 2 (65). С. 34-36.

10. Sizentsov A. The use of probiotic preparations on basis of bacteria of a genus Bacillus during intoxication of lead and zinc / A. Sizentsov, O. Kvan, A. Vishnyakov, A. Babushkina, E. Drozdova // Life Science Journal 2014. 11 (10). URL: http:// www.lifesciencesite.com

11. Сизенцов А.Н., Исайкина Е.Ю., Кван О.В. и др. Эффективность применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus при лечении экспериментальной интоксикации медью // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3.