Содержание микроэлементов в органах и тканях озерной лягушки из различных по степени загрязнения биотопов Пятихатского района Днепропетровской области

УДК 577.112+576.31+598.112

Е. Ю. Клименко, В. Я. Гассо, В. С. Недзвецкий

Днепропетровский национальный университет, Днепропетровск, Украина, vgasso@ua.fm

ABNORMALITIES IN THE ASTROGLIAL CYTOSKELETON
OF THE SAND LIZARDS’ BRAIN AS A BIOMARKER
OF THE POPULATIONS’ STATE UNDER INDUSTRIAL POLLUTION

E. Y. Klimenko, V. Y. Gasso, V. S. Nedzvetsky

Dnipropetrovsk National University, Dnipropetrovsk, Ukraine, vgasso@ua.fm

Приднепровский регион в экологическом отношении рассматривается как один из наиболее неблагоприятных не только в Украине, но и в Европе. Важнейшим источником загрязнения естественных экосистем являются постоянно поступающие в окружающую среду промышленные отходы многочисленных химических и металлургических производств. Ионы тяжелых металлов и органические экотоксиканты рассматриваются как наиболее распространенные неблагоприятные факторы, вызывающие необратимые нарушения в клетках и тканях живых организмов.

Техногенное воздействие выступает как перманентный стрессовый фактор, который приводит к целому ряду изменений на различных уровнях организации (от молекулярного до популяционно-биогеоценотического). Особый интерес представляет возможность оценки и прогноза изменений состояния популяций животных на ранних стадиях адаптивных и патологических процессов на основе изучения их биохимических особенностей. Такой подход позволяет выявить негативные тенденции в экосистеме в результате загрязнения задолго до того, как возникнут необратимые изменения на надорганизменных уровнях организации. Кроме того, комплексный анализ экологических и биохимических показателей популяций животных позволяет установить различную степень их устойчивости к экотоксикантам. Это даст возможность с одной стороны, обнаружить наиболее реактивные на техногенное воздействие, и следовательно перспективные для целей биоиндикации, молекулярные маркеры, а с другой, выявить относительно уязвимые элементы в экосистемах. Поиск и изучение видонеспецифических, универсальных маркеров приобретает особо важное значение для мониторинга состояния популяций.

Оценка состояния герпетофауны в качестве модели для исследования неблагоприятного влияния промышленного загрязнения необходима как для выявления патологических нарушений на всех уровнях биологической организации, так и для мониторинга состояния собственно герпетофауны, которая является наиболее уязвимой группой позвоночных животных в условиях техногенной трансформации биогеоценозов.

В настоящее время особую актуальность приобретают исследования молекулярных маркеров, которые адекватно отражают нарушения клеточных, физиологических, репродукционных и других биологических процессов при воздействии неблагоприятных факторов. Нарушения на молекулярном уровне лежат в основе патологических процессов и отражаются на последующих, более высоких уровнях биологической организации, в том числе и на структурно-функциональной организации экосистем. Поэтому актуальным остается поиск адекватных биомаркеров, которые позволят оценивать состояние организмов и популяции в целом.

Клетки нервной ткани рассматриваются как наиболее чувствительные к действию различных неблагоприятных факторов, ведущих к развитию оксидативного стресса. Многие экотоксиканты являются индукторами оксидативных повреждений. В связи с этим нейроспецифические маркеры предпочтительны на ранних стадиях токсического процесса в биогеоценозах.

Исследования последних лет свидетельствуют, что астроглиальные клетки играют основную роль в защите нервной ткани от физических и метаболических повреждений. Главным структурным компонентом астроцитарного цитоскелета является глиальный фибриллярный кислый белок (ГФКБ). Специфический цитоскелетный белок ГФКБ признан как надежный маркер состояния астроцитов (O’Callaghan, 1998).

Целью данной работы было исследование данных биомаркеров состояния нервной ткани у прыткой ящерицы (Lacerta agilis Linnaeus, 1758), являющейся фоновым видом пресмыкающихся степного Приднепровья, модельным видом в проекте «Человек и биосфера» и практически единственным видом лацертид, обитающим в зонах интенсивного промышленного загрязнения. Определяли изменения экспрессии и полипептидного состава астроцитарного маркера (ГФКБ) в условиях техногенной нагрузки, что пока не исследовалось у представителей герпетофауны.

Анализ экспрессии и состава белка глиальных филаментов проводили с помощью иммуноблотинга. Исследованы популяции ящериц, обитающих в условиях интенсивного загрязнения отходами химических и металлургических предприятий промышленной зоны г. Днепродзержинск. В качестве контроля использованы животные, обитающие в относительно незагрязненных биогеоценозах Присамарья, характеризующихся изначально экологически сходными условиями с трансформированными экосистемами.

Полученные результаты показали значительное достоверное увеличение содержания ГФКБ в цитоскелетных (в 2,1 раза) и мембранных (в 2,9 раза) фракциях белков из головного мозга прытких ящериц, обитающих в зоне загрязнения, по сравнению с контролем.

Возрастание интенсивности зоны интактного полипептида 49 кДа в картине иммуноблотинга также свидетельствует об активации фибриллогенеза в астроцитах и интенсификации астроглиоза в нервной ткани, что вероятнее всего является последствием неблагоприятного воздействия внешних факторов. Увеличение содержания деградированных по массе полипептидов ГФКБ в диапазоне 47–36 кДа отражает усиленную реорганизацию цитоскелета, что должно подтверждать чрезмерное развитие процессов астроглиоза в условиях промышленного загрязнения у исследованных животных.

Анализ полученных нами данных и результаты экспериментальных исследований по воздействию органических токсикантов (растворителей) на изучаемые показатели позволяют с высокой степенью вероятности предположить, что выявленные изменения являются следствием оксидативного стресса в нервной ткани.

Учитывая, что ГФКБ является надежным маркером состояния астроцитов, полученные результаты свидетельствуют о нарушении состояния глиальных промежуточных филаментов и развитии глиоза в условиях действия негативных факторов химического загрязнения среды. По-видимому, интоксикация организма индуцирует реорганизацию промежуточных филаментов клеток нервной ткани и ускоренную деградацию цитоскелетных структур. Чрезмерно интенсивный фибриллогенез является главным показателем реактивного ответа астроцитов на нейрональные повреждения. При анализе полученных данных следует иметь в виду, что, с одной стороны, перестройка промежуточных филаментов астроглии является необходимым условием для адекватного функционирования глиальных клеток при воздействии повреждающих факторов (Norton et al., 1992). С другой – чрезмерный астроглиоз препятствует нейритогенезу и нейрональной пластичности.

Известно, что глиальные клетки защищают нейроны в условиях нейротоксического влияния. Экспериментальные исследования подтверждают чрезвычайную важность глиальных клеток в процессах жизнедеятельности нервной системы. Несмотря на то, что значение астроцитов для функционирования нейронов и предотвращения развития дегенеративных процессов не полностью изучено, накопленные данные свидетельствуют о том, что глия имеет решающее значение для выживания собственно нейронов мозга. Астроциты обладают определенными физиологическими и метаболическими свойствами, которые и позволяют им играть жизненно важную роль в поддержании нормального гомеостаза в мозге (Ridet et al., 1997). Известно, например, что астроциты играют главную роль в формировании гематоэнцефалического барьера и защите от оксидативных повреждений.

Таким образом, выявленные нарушения процессов гомеостаза в головном мозге ящериц, обитающих в условиях промышленного загрязнения, отражают существенные нарушения на молекулярном уровне в нервной системе животных. А поскольку основные регуляторные процессы как на организменном, так и на популяционном уровне связаны с деятельностью именно нервной системы, это может свидетельствовать и о наличии деструктивных процессов на уровне популяции. Обнаруженные изменения позволяют рассматривать данный биомаркер в качестве адекватного показателя состояния организмов и популяций данной группы животных.


Zoocenosis — 2007
 Біорізноманіття та роль тварин в екосистемах: Матеріали ІV Міжнародної наукової конференції. – Дніпропетровськ: Вид-во ДНУ, 2007. – С. 372-373.

Розповісти колегам:

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники