Использование рыб в биомониторинге и биотестировании

Проблема загрязнения водной среды приобретает все большую остроту в большинстве стран мира. Изменения экологических факторов, вызванные растущим антропогенным воздействием, приводят к угрожающей ситуации для живых организмов и здоровья человека. Поэтому в комплексе мероприятий, направленных на предотвращение негативных воздействий на здоровье, связанных с факторами водной среды, важное место занимает оценка качества воды, в частности ее безопасности для человека и животных.

Антропогенные изменения водных экосистем не могут не отражаться на физиологическом состоянии гидробионтов, в частности рыб. Рыбы – довольно многочисленный и распространенный класс, занимают важное место в экосистеме, признаны удобным тест объектом для изучения качественного состояния водной среды. Одной из интегральных систем, позволяющих проследить нарушения на различных уровнях функционирования, является система крови. Актуальность вопроса об использовании гематологических показателей рыб для мониторинга была отмечена многими авторами [1, 2, 3].

Гематологические показатели отражают реакцию систем организма на воздействие различных физиологических и патологических факторов на организм. Условия пребывания накладывают отпечаток на морфологические особенности и количественные показатели красной и белой крови. К тому же, гематологические показатели являются высоко специфичными для вида и изменяются в достаточно узких пределах, что позволяет использовать их в качестве маркеров различных физиологических и патологических процессов [3, 4].

Общей чертой крови рыб является наличие ядросодержащих эритроцитов эллипсоидной формы. С молодых форменных элементов красного ряда после гемоцитобластов встречаются эритробласты, базофильные, полихроматофильные и оксифильные нормобласты. Все эти клетки не имеют больших морфологических различий в зависимости от вида. Видовая специфика выражена только в размерах, иногда в пропорциях клеток конечных этапов развития. Так, например, эритроциты линя, сома, и некоторых других рыб широкоэллипсоидной, почти округлой формы, а эритроциты серебряного карася, наоборот, узкоэллипсоидные [5, 6].

Лейкоциты , большинства костистых рыб представлены различными по структуре и характеру функционирования клетками: лимфоцитами, моноцитами, нейтрофилами, эозино- и базофилами. В основном, лейкоциты рыб, в отличии от высших позвоночных, представлены лимфоцитами, тогда как у теплокровных – клетками нейтрофильного ряда. У рыб на долю лимфоцитов, как правило приходится 45-99 % клеток от общего количества лейкоцитов, в то же время в высших позвоночных– 25-30% [6].
В организме рыб под влиянием «агрессивных» факторов увеличивается содержание клеток гранулоцитарного ряда (палочкоядерных, сегментоядерных нейтрофилов и эозинофилов, а также аберрантных форм клеток) [3, 7]

Рыбы рекомендованы как модельные объекты при определении биологического действия потенциально опасных веществ в воде, для скрининга токсикантов (мутагены, тератогены и канцерогены) и оценки радиоактивного воздействия. МКРЗ, на основании анализа результатов многих исследований, были выбраны рыбы (лосось и камбала) как референтные организмы для оценки воздействия ИИ. Среди перспективных методологических подходов в качестве биомаркеров следует отметить микроядерный тест, который успешно используется на рыбах как метод исследования генотоксичности водных растворов различных классов соединений in vivo, так и для мониторинга химического и радиационного загрязнения воды in situ [8, 9 ,10].

Использование микроядерного теста при исследовании воздействия на организм мутагенных и канцерогенных препаратов обусловливается простотой и стабильностью результатов, полученных этим методом, по сравнению с методом хромосомного анализа. Для обнаружения клеток с хромосомными аберрациями требуются специально обученные и опытные лаборанты, что делает процедуру дорогостоящей и занимающей много времени. Тогда как тест с микроядрами требует небольшой подготовки персонала, а определение может быть автоматизировано [11].

Для исследования с помощью микроядерного анализа на рыбах чаще всего используют клетки крови, печени, плавников и жабр. Многочисленные опыты показали, что в эритроцитах периферической крови рыб как в полевых так и лабораторных условиях часто встречаются микроядра в результате воздействия химических и радиационных факторов [9, 10, 12, 13].
Наиболее широко используется микроядерный тест на эритроцитах периферической крови рыб. По процентному соотношению эритроцитов с микроядрами установлены видовые, популяционные и сезонные отличия [14].
Преимущество метода подсчета микроядер в клетках жабр заключается в том, что нет необходимости стимулировать деление клеток в этом быстро пролиферирующем органе. При одновременном анализе микроядер в клетках жабр и печени, отмечена высокая чувствительность клеток жабр к генотоксическому воздействию [15, 16].

Микроядерный тест для гепатоцитов является более чувствительным к кластогенным веществам. Недостаток использования печени в качестве ткани-мишени состоит в том, что гепатоциты делятся не постоянно, и потому необходимо индуцировать повреждение печени, чтобы стимулировать регенеративные процессы для выявления генотоксического эффекта [17]. Некоторые авторы отмечают низкую чувствительность микроядерного теста на клетках печени рыб для мониторинга естественных вод с низким уровнем загрязнения.

Таким образом, исследования цитоморфологических параметров клеток крови и других тканей позволяют получить информацию о состоянии иммунитета особи, об уровне воздействия стрессовых факторов и стабильности генома. В совокупности с другими параметрами, получаемыми при популяционных исследованиях это может дать полезные в практическом и в теоретическом отношении сведения об уровне антропогенной нагрузки водоемов.

Литература

1. Аленичев С.В. Динамика гематологических показателей типичных представителей ихтиофауны водоемов Карелии: Автореф. дис. на соискание учен. степ. канд. биолог. наук / Издательство Петрозаводского государственного университета. – Петрозаводск, 2000. – 25 с.
2. Серпунин Г.Г. Гематологические показатели адаптации рыб: Автореф. дисс на соиск.учен. степ доктор биол. наук. / Калининградский государственный технический университет. – Калининград, 2002.- 35 с.
3. Roche H. Fish blood parameters as a potential tool for identification of stress caused by environmental factors and chemical intoxication / H.Roche, G.Boge // Marine Environmental Research. – 1996. -Vol. 41. – P. 27-43.
4. Pettersen E.F. Peripheral blood and head kidney leucocyte populations during outofseason (0+) parrsmolt transformation and seawater transfer of Atlantic salmon (Salmo salar L.) / E.F.Pettersen, M.Ulvenes, G.O.Melingen, H.I.Wergeland // Fish and Shellfish Immunology. – 2003. – Vol.15. – Р. 373-385.
5. Минеев А.К. Отклонения в морфологии клеток крови и в некоторых гематологических параметрах у рыб Саратовского водохранилища // Проблемы регионального экологического мониторинга. 1-я научно-практич. конф. Нижний Новгород. – 2002. – 83 с.
6. Головина Н.А. Гематология прудовых рыб / Н.А.Головина, И.Д.Тромбицкий. – Кишинёв: Изд-во Штиинца, 1989. – 156 с.
7. Галкина О.А. Использование гематологических показателей у рыб для мониторинга экологического состояния прибрежной зоны Черного моря / О.А.Галкина, А.С.Чихачев, Д.И. Мацегорова // Современные проблемы физиологии и экологии морских животных (рыбы, птицы, млекопитающие): Тез. докл. междунар. семинара. Ростов-на-Дону, 11–13 сент., 2002. – с. 45–47
8. Al-Sabti K. Fish micronuklei for assessing genotoxicity in water / K.Al-Sabti, C.D.Metcalfe // Mutation Res. –1995. – Vol. 23. – P. 121-135.
9. Cavaş T. Micronucleus test in fish cells: a bioassay for in situ monitoring of genotoxic pollution in the marine environment / T.Cavaş, S.Ergene-Gözükara // Environ Mol Mutagen. – 2005. – Vol. 46, № 1. – P. 64-70.
10. Arkhipchuk V.V. Using the nucleolar biomarker and the micronucleus test on in vivo fish fin cells / V.V.Arkhipchuk, N.N.Garanko // Ecotoxicology and Environmental Safety. – 2005. — Vol. 112. – P. 215-221.
11. Heddele, J.A. Micronuclei as an index of cytogenetic damage: past, present, and future / J.A. Heddele [et al.] // Environ. and Mol. Mutagenes. – 1991. – Vol.18, N 4. – P. 277-291.
12. Cytogenetic monitoring of industrial radiographers using the micronucleus assay / I. Sari-Minodier, L. Bellon, J. Ompili [et al.] // Mutation Research. – 2007. – V. 629, № 2. – Р. 111–121.
13. Soorambail K. S., Bhagatsingh Harisingh S., D’costa A., Ramesh Chandra C. The effect of gamma radiation on the Common carp (Cyprinus carpio): In vivo genotoxicity assessment with the micronucleus and comet assays. // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. –2015.– Vol. 792. – P. 19-25.
14. Захидов, С.Т. Оценка цитогенетического гомеостаза / С.Т. Захидов // Экологическое состояние бассейна р. Чапаевка в условиях антропогенного воздействия: Биологическая индикация. – Тольятти, 1997. – С. 279.
15. Talapatraa, S.N. Detection of micronucleus and abnormal nucleus in erythrocytes from the gill and kidney of Labeo bata cultivated in sewage-fed fish farms / S.N. Talapatraa and S.K. Banerjee // Food and Chemical Toxicology. – 2007. – Vol. 45, № 2.– P. 210-215.
16. Верголяс М.Р., Вєялкіна Н.М., Гончарук В.В. Вплив іонів міді на гематологічні та цитогенетичні показники прісноводних риб Carassius auratus gibelio // Цитологія і генетика. – 2010. – T. 44, N. 2. – C. 124–128.
17. Vigan, L. Biomarkers of exposure and effect in flounder (Platichthys flesus) exposed to sediments of the Adriatic sea / L. Vigan [et al.] // Mar. Pollut. Bull. – 2001. – Vol. 42. – P. 887-894.

---

© Наталия Веялкина, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории комбинированных воздействий

e-mail: veyalkina@mail.ru