Тест-объекты, используемые для биотестирования

Нам всегда интересно как живут другие существа, которые рядом с нами в воде, в воздухе, в земле, на других планетах. Все что мы узнаем, мы непременно должны обратить себе на пользу, такая уж у нас природа. Так и с методами установления токсичности среды – биотестированием. Мы привели себе на помощь «маленьких существ» - тест-объектов. Так кто же это такие?

Тест-объекты - организмы, используемые при оценке токсичности химических веществ, природных и сточных вод, почв, донных отложений, кормов и др. Тест-объекты, по определению Л.П. Брагинского - "датчики" сигнальной информации о токсичности среды и заменители сложных химических анализов, позволяющие оперативно констатировать факт токсичности (ядовитости, вредности) водной среды ("да" или "нет"), независимо от того, обусловлена ли она наличием одного точно определяемого аналитически вещества или целого комплекса аналитически не определяемых веществ, какой обычно представляют собой испытуемые среды.

Для биотестирования используются различные гидробионты - водоросли, микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы. Наиболее популярные объекты - ювенальные формы (молодь) планктонных ракообразных-фильтраторов Daphnia magna, Ceriodaphnia affinis, ракообразных из класса жаброногих (Branchiopoda), выделяемый в собственное семейство Artemia, род зелёных водорослей из класса протококковых Scenedesmus quadricauda.

Используя их тест-функции, проводится биотестирование. Что же такое тест-функция? Жизненная функция или критерий токсичности, используемые в биотестировании для характеристики отклика тест-объекта на повреждающее действие среды.

Тест-функции, используемые в качестве показателей биотестирования для различных объектов

• выживаемость (смертность) тест-организмов.

для культур одноклеточных водорослей и инфузорий

• гибель клеток,
• изменение (прирост или убыль) численности клеток в культуре,
• коэффициент деления клеток,
• средняя скорость роста,
• суточный прирост культуры.

Немного становимся на описании каждого.

Artemia

Кто же это такие? Планктонные организмы, населяющие морские мелководья и солёные озёра. Питаются фитопланктоном, фильтруя воду с помощью грудных конечностей. Наиболее известный вид — Artemia salina.

Артемии встречаются практически на всех континентах. Обитают в солёных озёрах при уровне солёности от 25 ‰ до 250 ‰ (25–250 г/л). Подобные концентрации смертельны для большинства живых организмов, но в процессе эволюции эти рачки сумели адаптироваться к этим суровым условиям, тем самым заняв экологическую нишу, в которой отсутствуют хищники, а они являются высшей формой жизни. Замершая эмбриональная стадия развития артемий, вызванная агрессивной внешней средой. Эмбрионы могут находиться в состоянии покоя на протяжении нескольких десятилетий, пока не окажутся в благоприятных для себя условиях. Именно спящие цисты широко используются в коммерческих целях.

Цисты имеют крошечные размеры, всего 0,2–0,25 мм в диаметре. Внешняя оболочка надёжно защищает как от сильных морозов, так и от летнего зноя. Кроме того, она обладает особой структурой поверхности, позволяющей цепляться, например, за перья перелётных птиц, и тем самым артемии мигрируют на дальние расстояния. В ювенальной стадии развития артемии внешне выглядят как миниатюрные копии взрослых. Грудные ноги-вёсла становятся полностью функциональны и начинают выполнять функции передвижения, кормления и дыхания. Усики-антенны уменьшаются и теряют своё первоначальное значение. По мере взросления начинают проявляться половые различия. У самок появляется припухлость в нижней части тела — формируется яичный мешок, у самцов начинают расти вторые усики на голове, которые прекратятся в клещи, с помощью которых они будут удерживать самок во время спаривания.

Биотесты на артемии стандартизированы в ряде стран, в том числе и в России. Их применяют для оценки токсичности поверхностных, подземных и сточных вод, водных вытяжек почв, донных отложений и отходов.

Daphnia

За своеобразные резкие движения её часто называют «водяной блохой». Быть может, неуловимость быстро скачущих рачков и напомнила ученым легенду о почти настигнутой Аполлоном, но так и не пойманной им нимфе Дафне? А может быть, усы рачков показались кому-то похожими на ветви вечнозеленого лавра, в который превратилась прекрасная нимфа. Род Daphnia имеет очень широкое распространение, включая Антарктиду. Наименьшее число видов характерно для экваториальных районов, где дафнии редки. Наиболее разнообразна фауна субтропиков и умеренных широт. В последние десятилетия ареалы многих видов изменились из-за их расселения человеком. В прудах и лужах средней полосы России часто встречаются рачки рода Дафния магна (D. magna), самка — до 6 мм, самец — до 2 мм, новорожденные — 0,7 мм. Созревают в течение 10—14 суток. Пометы через 12—14 суток. В кладке до 80 яиц, но обычно 20—30. Продолжительность жизни этого рачка до 3-х месяцев. Большую часть времени проводят в толще воды, передвигаясь резкими скачками за счет взмахов вторых антенн, которые покрыты специальными оперенными щетинками.

Представители низших ракообразных Daphnia magna Straus используются как тест-организм в токсикологических исследованиях уже свыше 65 лет. Пресноводные рачки Daphnia magna Straus в настоящие вре­мя считаются наиболее чувствительными и универсальными тест-объектами, поэтому применяются при биотестировании сточных и природных вод, донных осадков, почв и промышленных отходов. С помощью дафний определяют как острую, так и хроническую ток­сичность контролируемых объектов.

Scenedesmus quadricauda

Род зелёных водорослей из класса протококковых. Образует ценобии (колонии) из 4—16 продолговатых клеток, соединённых боковыми стенками. Поверхность клеток гладкая или с различными выростами, крайние клетки нередко с шипами. Размножается сценедесмус автоспорами, образующимися в каждой клетке по 4, 8 или 16 и там же соединяющимися в новый ценобий. Обитают в пресных водах. Самый многочисленный род среди хлорококковых водорослей. В мировой флоре около 200 видов и более 1000 разновидностей и форм.

Использование в качестве тест-объектов в токсикологических экспериментах Scenedesmus quadricauda неслучайно и обусловлено тем, что эти водоросли встречаются в значительном количестве в естественных водоемах, мезофильны, и не требуют специальных условий для ведения альгологически чистых культур, хотя, в зависимости от конкретных задач исследования, можно использовать и другие массовые формы водорослей, встречающихся в водоемах и вызывающих цветение воды.

Известны десятки методик, оценивающих токсическое действие тестируемой среды по ответным реакциям этих тест-организмов. Чаще всего используют биотестирование на 2-х объектах (культурах). В настоящее время востребованы методики биотестирования, направленные на оценку сублетальных эффектов, что позволяет выявлять действие низких доз загрязняющих веществ.