Соображения по поводу использования пчел в качестве биологической тест-системы в экологическом мониторинге химического загрязнения среды

Речь идет о проекте, направленном на разработку «пчелиной модели» в качестве биологической тест-системы для экологического мониторинга в районе, где допускается вероятность выбросов в атмосферу некоторых химических соединений и формулируемом как “Система апимониторинга среды обитания”. Планируется зарегистрировать изменение поведенческих реакций насекомых, определить накопление в их тканях ксенобиотиков, например, тяжелых металлов, а также оценить уровень индуцированной генотоксичности (если привлекать ПЦР-анализ). Однако, с учетом данных современной литературы, реализация такого замысла в части оценки генотоксичности весьма проблематична. Конечно, если предполагать, что концентрация химических соединений-ксенобиотиков в атмосфере или в воде не будет значительной.

То есть, речь не идет о последствиях массированной химической атаки на ареал обитания насекомых, а об обнаружении в промышленном регионе загрязнения, уровень которого не превышает ПДК.Разработке технологий выявления и количественной оценки генотоксичности посвящено много усилий в различных лабораториях по всему миру. При этом использовались самые разные биологические модели: микроорганизмы и грибы, планктон и рыбы, ракообразные, растения, насекомые, млекопитающие (грызуны в основном). Наибольших успехов удалось достичь с применением бактерий и рыб. Последние - для водной среды, естественно. Из насекомых довольно удачной оказалась дрозофила - излюбленный объект генетиков в изучении мутаций и генотоксичности в целом. Во всех трех случаях успеху (в значительной мере, если не в основном!) способствовал фактор генетической однородности или по-другому - низкой генетической вариабельности биологических тест-систем. Для этого использовали чистые лини рыб, дрозофил или штаммы бактерий.

С пчелами удачных вариантов оценки генотоксичности практически не описано. Может быть, это следствие сложной биологии пчелиной семьи. Или проблемы связаны с политенной структурой хромосом пчелы. Не исключено, что не удается подобрать адекватный генетический маркер. Мне не удалось найти серьезных обсуждений причин неудач. Хотя публикаций по молекулярной генетике пчел за последние 5 лет появилось очень много, включая и Российские лаборатории.

Гораздо проще и надежнее зарегистрировать на пчелах или иных насекомых токсические эффекты воздействия каких-то ксенобиотиков: тяжелые металлы, бенз[а]пирен и его производные, полихлорированные бифенилы, суммарный выхлоп двигателя внутреннего сгорания, ДДТ и многие другие. В основе токсигенных патологий лежит (это большая область знания) либо нарушение характера генной экспрессии, то есть синтеза белков (как структурных, так и с ферментативной активностью), либо изменение активности уже синтезированных белков. И первое и второе будет иметь существенные последствия для функционирования клеток, тканей и организма в целом. Перечень токсических соединений самого разного происхождения (как природного, так продуктов химического синтеза) очень велик. Известны национальные стандарты ПДК содержания таких соединений в разных природных средах и в тканях животных.

Разработаны аналитические методы, выявления ксенобиотики в тканях, например, определение содержания тяжелых металлов. Просто нужно знать, что именно выявлять в соответствии с преобладающим в регионе типом производства и перечнем ожидаемых сбросов в окружающую среду из промышленных предприятий. Оборудование и наборы реагентов для этих целей предлагает ряд фирм, например ЗАО “БиоХимМак СТ” в Подмосковном регионе. Другой вариант выявления токсичности - количественная оценка изменений в жизнедеятельности пчел по внешним проявлениям, а именно: снижение плодовитости, сокращение численности популяции (возможно только в апизаказниках, где пчелы обитают в естественных условиях), патологические нарушения пре- и постнатального морфогенеза, уродства у рожденных и жизнеспособных, аномалии поведенческих реакций и пр. Конечно, некоторые из этих проявлений могут быть как следствием эффектов токсичности, так и генотоксичности.

Но если природа химического соединения, попавшего в окружающую среду (пусть оно даже обладает выраженной токсичностью!), такова, что оно не повреждает клеточный геном (ДНК ядра и митохондрий), то нет почти никакой надежды выявить его наличие в биосфере, применяя любые тесты на генотоксичность, на любых биообъектах. Есть некоторые исключения, как например бен[а]пирен. Это соединение не проявляет генотоксичности на бактериях. Но в организме млекопитающих указанный ксенобиотик претерпевает ряд ферментативных превращений. И продукты его трансформации приобретают способность повреждать геном. К счастью, таких специфических случаев пока известно немного. В заключении для конкретизации применимости выше изложенных соображений замечу, что при утечке БОВ, расположенных в Удмуртской республике вероятными продуктами в атмосфере будут фосфорорганические соединения и мышьяк. Эта химия не является генотоксичной, хотя токсичность ее несомненно высока. Для отравления живого она и создавалась.

В.Г. Безлепкин, М.Г. Ломаева Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, г. Пущино