WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
БИОЛОГ ИЯ БИОЛОГ ИЯ БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Т. Н. ШЕХОВЦОВА Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Характерной чертой современной науки является создание новых методов на стыках различных смежных BIOLOGICAL METHODS OF ANALYSIS областей науки. Примером служит развитие биологических методов анализа, базирующихся на достижениT. N. SHEKHOVTSOVA ях таких областей биологии, как микробиология, зоология, ботаника, а также аналитической химии.

The basic principles of the biological methods Биологические методы основаны на том, что для of analysis, their peculiarities, potentialities, жизнедеятельности – роста, размножения и функциоand application areas are considered. The main нирования живых существ необходима среда строго определенного химического состава. При изменении indicator organisms are discussed; examples of этого состава, например при исключении из питательthe determination of inorganic and organic ной среды какого-либо компонента или введении доphysiologically active compounds by biological полнительного (определяемого) соединения, организм methods are shown.

через какое-то время, иногда практически сразу подает соответствующий ответный сигнал. Установление свяИзложены основные принципы биологичес- зи характера или интенсивности ответного сигнала организма (называемого индикаторным) с количеством ких методов анализа, их особенности, возвведенного в среду или исключенного из среды компоможности, области применения. Рассмотнента служит для его обнаружения или определения.

рены основные индикаторные организмы, Аналитическими индикаторами в биологических метоприведены примеры использования биолодах являются различные живые организмы, их органы гических методов для определения неорга- и ткани, физиологические функции, биохимические реакции и т.д. Для биологических методов характерны нических и органических физиологически своя методика эксперимента, аппаратура и способ реактивных веществ.

гистрации ответного сигнала индикаторного организма [1, 2].

Все вещества по отношению к живым организмам можно условно разделить на: 1) жизненно необходимые, 2) токсичные, 3) физиологически неактивные. Очевидно, только в двух первых случаях можно ожидать сравнительно быструю ответную реакцию организма (аналитический сигнал). Физиологически неактивные вещества могут дать отдаленный результат, или их можно перевести в активное состояние в результате реакций взаимодействия с ингибиторами либо стимуляторами процессов жизнедеятельности организмов.

От характера определяемого вещества зависит выбор того или иного индикаторного организма. Его ответный сигнал на изменение химического состава твердой, жидкой или воздушной сред может быть самым www.issep.rssi.ru разнообразным: изменение характера поведения (поведенческие реакции); стимуляция или подавление роста, ШЕХОВЦОВА Т.Н. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Шеховцова Т.Н., © БИОЛОГ ИЯ накопления биомассы; изменение пигментации, со- В роли индикаторного организма могут выступать става крови, биоэлектрической активности органов и микроорганизмы, беспозвоночные, позвоночные. Притканей; нарушение функций органов пищеварения, менение этих индикаторных организмов в анализе мы дыхания, размножения; патолого-анатомические из- и рассмотрим в статье. При этом следует отметить, что менения организма. Обобщенным показателем эффек- в последние годы все большее внимание ученых притивности действия определяемого соединения на ин- влекают растительные индикаторы. Так, например, по дикаторный организм является либо выживаемость, скорости роста, увеличению массы, разветвленности либо летальный исход. Все перечисленные или какие- корней растений можно оценить содержание в почве либо другие изменения индикаторного организма в от- тяжелых металлов (свинца, кадмия).

дельности или в совокупности могут быть использованы в качестве аналитического сигнала, который можно МИКРООРГАНИЗМЫ измерить физико-химическим методом или оценить КАК АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ визуально.

Наиболее часто в качестве индикаторных организмов Механизм взаимодействия определяемого химичеиспользуют микроорганизмы: бактерии (рода Bacilus, ского соединения и индикаторного организма чрезвыPseudomonas, Escherichia, стафилококки), актиномичайно сложен, это взаимодействие схематично можно цеты, плесневые грибы, дрожжи, водоросли. Микропредставить следующей схемой:

организмы широко распространены в природе – они присутствуют в почве, водоемах, илах, воздухе; обладаОпределяемое соединение ют высокой чувствительностью к действию биологически активных веществ; просты в культивировании и Мембрана хранении; длительное время сохраняют свои свойства в виде лиофилизированных препаратов.

Клетка Методы определения веществ с использованием микроорганизмов предполагают культивирование чисОрган тых индикаторных культур на плотных или жидких питательных средах при постоянных условиях (темпераСистема органов туре, рН, воздухообмене, влажности), а также учет фаз их роста, зависящих от физиологического состояния Организм клетки.

Изменение химического состава питательной среЭкологическая система ды приводит к подавлению или стимуляции роста как отдельной клетки микроорганизма, так и популяции в Выбор способа регистрации ответного сигнала на целом, и сопоставление наблюдаемого отклика оргазаключительной стадии выполнения анализа зависит низма с контрольным опытом, проводимым в постоянкак от целей анализа, так и от механизма и степени ной по составу питательной среде, является основой взаимодействия определяемого вещества и индикаторбиологического метода анализа.



ного организма. Чем сложнее организм, тем большее число его жизненных функций можно использовать в На плотных питательных средах регистрируют изкачестве аналитических индикаторов, тем выше ин- менения внешнего вида колоний, их размеров и форформативность биологических методов анализа. От- мы, характерной для каждого вида микроорганизмов.

ветный сигнал индикаторного организма на одно и то Методы определения биологически активных веществ же вещество зависит от концентрации последнего: ма- при этом основаны на диффузии их в агаризованную лые концентрации обычно стимулируют процессы среду с образованием зон угнетения или стимуляции жизнедеятельности организма, высокие угнетают. Су- роста. Диаметр этих зон является линейной функцией щественное повышение концентрации биологически концентрации определяемых веществ в некотором ее активного вещества приводит к летальному исходу. интервале. При постоянном составе среды, оптимальных для данного организма рН и температуре величина Диапазон определяемых содержаний, предел обназон зависит от толщины питательного слоя: чем толще ружения соединений зависят от физико-химических и слой, тем меньше зона. Для анализа микробиологичесбиологических факторов: направленности и продолких систем возможно использование явления дифракжительности воздействия химического соединения на ции света на микроорганизмах [3].

организм; температуры, рН среды; уровня организации индикаторного организма, его индивидуальных, Характер роста культуры в жидких питательных сревозрастных, половых особенностей. дах, содержащих все необходимые компоненты, более СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 6, №11, БИОЛОГ ИЯ однообразен, чем на поверхности твердых питательных Ростовые реакции микроорганизмов, изменяюсред. В зависимости от количества определяемого ком- щиеся под действием различных химических соединепонента, введенного в прозрачную питательную среду, ний, применяют в анализе природных и сточных вод.

изменяется помутнение культурального раствора по С использованием бактерий и дрожжей разработан сравнению с контрольным раствором: при подавлении диффузионный метод обнаружения в сточных водах роста культуры интенсивность помутнения нарастает фенолов, нефтепродуктов, фосфор- и элементоорганимедленно, при стимулирующем действии определяеческих соединений. Иллюстрацией возможностей примого вещества либо иона анализируемый раствор мутменения микроорганизмов в аналитических целях явнеет значительно быстрее контрольного. По данным неляется схема 1.

фелометрических (фотометрических) измерений строят градуировочный график зависимости интенсивности Определяемые вещества изменения оптической плотности исследуемого расНеорганические ионы: Органические соединения:

твора от концентрации определяемого вещества, с поHg(II), Cd(II), Cu(II), Tl(I), Zn(II) фосфорорганические (ФОС), и другие катионы элементоорганические соединения мощью которого и получают результаты анализа. Протяжелых металлов Sn(II) (OOC), Pb(COC), Hg(II) должительность анализа с использованием быстро растущих культур составляет не менее 3,5–4 ч. В завиИндикаторные организмы симости от характера среды интенсивность роста (размножения, угнетения) популяций оценивают оптичес- Плесневые грибы Актиномицеты Бактерии, дрожжи кими, диффузионными или электрохимическими Ответная реакция организмов методами.

При выборе индикаторной культуры для решения Подавление роста Подавление роста, Подавление роста, биомассы, интенсивности нарушение обмена конкретной аналитической задачи следует принимать изменение окраски пигментации веществ во внимание пищевые потребности организмов. Так, например, автотрофные микроорганизмы питаются в Метрологические характеристики метода основном неорганическими солями и не нуждаются в органических соединениях. Для питания гетеротроф- ПО, нг/мл: Cu – 1; ПО, нг/мл: Zn – 10; ПО, нг/мл: ФОС – 1;

Hg – 20; Cd – 500; Cd – 10; OOC, COC – 3–400;

ных бактерий, дрожжевых культур, плесневых грибов Sr, %: 12–16; Sr, %: 10–13; Sr, %: 8–10;

, час: 24–48, час: 24–48, час: 18–необходимы органические вещества.

К широко используемым в неорганическом аналиСхема 1. ПО – предел обнаружения; Sr – относизе микроорганизмам относятся плесневые грибы рода тельное стандартное отклонение; – продолжительAspergillus. Наибольшим токсическим действием на ность анализа эти культуры обладают нитраты ртути (II), кадмия, таллия, что объясняется блокированием ими SH-групп Чрезвычайно высокой чувствительностью опредемолекул белка микроорганизмов. Из анионов наиболения некоторых биологически активных соединений лее токсичными для исследованных грибов являются отличается биолюминесцентный метод, основанный HAsO2- и CrO2- в концентрациях 1,0 и 0,1 мМ соот3 на реакции окисления кислородом воздуха субстрата ветственно.

люциферина, катализируемой ферментами люцифераГрибы как аналитические индикаторы широко исзами, выделенными из различных видов морских свепользуют при анализе почв на содержание (на уровне тящихся бактерий Photobacterium, Beneckea или жу1 пг/мл – 10 нг/мл) биогенных элементов минеральноков-светляков. Наряду с люциферином и люциферазой го питания высших растений, например цинка, меди, для протекания указанной реакции необходима аденомарганца, железа, молибдена. Возможно также опредезинтрифосфорная кислота (АТФ), которая участвует в лять в почвах усвояемые формы калия, фосфора, углемногочисленных метаболических реакциях в организрода, азота, серы. При этом учитывают то, что эффекме, являясь аккумулятором энергии и ее источником тивности физиологического воздействия различных для самых разных процессов, протекающих в живой элементов на растения и микроорганизмы принциклетке. Содержание АТФ в тканях, растительных и жипиально не различаются. Микробиологические метовых клетках свидетельствует об энергетическом состоды анализа в данном случае часто оказываются более янии клеток. При угнетающем или стимулирующем информативными, чем химические, так как позволяют действии каких-либо веществ на рост микроорганизмов определять не валовое содержание элементов, а их физиологически активные формы, влияющие на жизне- содержание АТФ в них соответственно понижается или деятельность растений. Это позволяет наиболее полно повышается. Специфичность действия люциферазы характеризовать плодородие почв. светляков по отношению к АТФ, высокий квантовый вы ШЕХОВЦОВА Т.Н. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА БИОЛОГ ИЯ ход реакции позволили создать на этой основе высоко- Таблица 1. Примеры использования биологических методов для определения различных соединений чувствительные (с пределами обнаружения 10- 17–10- 15 М) и селективные методы определения АТФ, а также разИндикаторПO, личных метаболитов, в процессе превращения которых ный организм Определяемое соединение нг/мл образуется АТФ. Биолюминесцентный метод опреде- (класс, вид) ления содержания АТФ в живых (растущих или гибнуБеспозвоночные щих) клетках используют для экспресс-определения Инфузории Pb(II), Cd(II), Ag(I), Hg(II), Cu(II) 1–антибиотиков в крови, микробных бактерий в моче, Фурфурол, формальдегид для изучения повреждения клеточных мембран и друДафнии Фосфорорганические соединения 0,гих биохимических анализах и исследованиях.

Оловоорганические соединения Микроорганизмы широко применяют при изучеЛичинки Фосфорсодержащие пестициды 0,03–нии антибиотической активности веществ, их биолокомаров гической роли, контроле технологических процессов Позвоночные промышленного производства антибиотиков, витамиАмфибии Сu(II), Zn(II) 0,06–нов и аминокислот. Следует отметить еще один важный аспект применения микроорганизмов в химическом анализе – концентрирование и выделение микроэле- жения ножек, период сокращения сердца (у дафний), ментов из разбавленных растворов. Потребляя и усваи- окраску тел погибших организмов. Патологические вая микроэлементы в процессе жизнедеятельности, процессы в организмах в зависимости от концентрамикроорганизмы могут селективно накапливать неко- ции определяемого химического соединения могут торые из них в своих клетках, очищая при этом пита- протекать быстро: сначала наблюдается общее возбужтельные растворы от примесей. Например, плесневые дение, переходящее в депрессию, а затем в результате грибы применяют для избирательного осаждения золо- нарушения деятельности органов движения, дыхания, та из хлоридных растворов, очистки растворов от ио- кровеносной и нервной систем наступают потеря понов меди, цинка, железа [4]. движности и летальный исход.

Наиболее исследованными и используемыми в каИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ честве индикаторных организмов являются дафнии, В КАЧЕСТВЕ ИНДИКАТОРНЫХ ОРГАНИЗМОВ отличающиеся простотой круглогодичного культивиОтветным сигналом простейших на изменение хими- рования в лабораторных условиях, высокой чувствического состава среды является раздражение, приводя- тельностью и избирательностью к действию различных щее к каким-либо изменениям других биохимических токсичных органических соединений (см. табл. 1). К и физиологических функций организма. важным факторам относится также возможность автоматической регистрации ответного сигнала дафний на Наиболее изученными с точки зрения использовазагрязнение окружающей среды. Изменение частоты ния в аналитических целях являются инфузории Paraдвижения грудных ножек Daphnia magna, так же как и mecium caudatum. C их помощью возможно определеизменение периода сокращения ее сердца, фиксируение ионов тяжелых металлов, однако они непригодны мое с помощью специальной аппаратуры, является для обнаружения и определения анионов. Скорость критерием оценки чистоты вод. Регистрацию изменедвижения инфузорий повышается при введении в срения скорости и траектории движения, фототаксичесду их обитания микроколичеств этанола, сахарозы, кого поведения насекомых (личинок комаров, жука фурфурола, альдегидов, уксусной кислоты, хлоридов долгоносика, дрозофилы), выживаемости этих оргакальция и аммония; добавление хлорида бария замедлянизмов используют для определения остаточных колиет движение клеток. Элементоорганические соединения честв пестицидов в воде, экстрактах из почв, растипри определенных концентрациях могут действовать тельных и животных тканях.

как стимуляторы их размножения. Поведенческие реакции, скорость размножения инфузорий используют Наблюдения под микроскопом формы и скородля определения указанных выше веществ (табл. 1).

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.