Требования к методам биотестирования

Для того чтобы быть пригодными для решения комплекса со­временных задач, методы биотестирования, используемые для оценки среды, должны соответствовать следующим требованиям: быть применимыми для оценки любых экологических изменений среды обитания живых организмов; характеризовать наиболее об­щие и важные параметры жизнедеятельности биоты; быть доста­точно чувствительными для выявления даже начальных обрати­мых экологических изменений; быть адекватными для любого вида живых существ и любого типа воздействия; быть удобными не только для лабораторного моделирования, но также и для иссле­дований в природе; быть достаточно простыми и не слишком до­рогостоящими для широкого использования.

Одним из наиболее важных требований при оценке состояния среды является чувствительность применяемых методов. Потреб­ность в таких методах особенно возрастает в настоящее время, когда в силу повышенного внимания к проблемам охраны приро­ды и в связи с развитием природоохранных мероприятий стано­вится необходимым оценивать не только и не столько существен­ные, как правило, уже необратимые изменения в среде, но пер­воначальные незначительные отклонения, когда еще возможно вернуть систему в прежнее нормальное состояние.

Другое важное требование — универсальность как в отноше­нии физического, химического или биологического оцениваемо­го воздействия, так и типа экосистем и вида живых существ, по отношению к которым такая оценка проводится. Причем, это не­обходимо как в отношении отдельных агентов, так и кумулятив­ного воздействия любого их сочетания (включая весь комплекс как антропогенных, так и естественных факторов).

Система должна быть относительно простой и доступной, при­годной для широкого использования. В настоящее время существует ряд современных молекулярно-биологических тестов качества сре­ды, но в силу высокой технологической сложности и стоимости их применение оказывается ограниченным. При этом возникает вопрос: нужно ли прибегать к таким сложным методам при реше­нии общей задачи мониторинга состояния среды и нельзя ли по­лучить сходную информацию более доступным способом.

Основные подходы биотестирования

«Подходами» можно условно назвать группы методов, характеризующих сходные процессы, происходящие с тест-объектами под влиянием антропогенных факторов.

Биохимический подход

Стрессовое воздействие среды можно оценивать по эффектив­ности биохимических реакций, уровню ферментативной актив­ности и накоплению определенных продуктов обмена. Изменения содержания в организме определенных биохимических соедине­ний (например, терпеноидов), показателей базовых биохимиче­ских процессов (например, концентрации хлорофилла у фотосинтезирующих растений) и структуры ДНК в результате биохими­ческих реакций (например, при оксидантном стрессе) могут обес­печить необходимую информацию о реакции организма в ответ на стрессовое воздействие.

Измерение адаптационного стресса. Каждый физиологический процесс требует определенных затрат энергии, поэтому любое изменение физиологического состояния немедленно сказывается на энергетическом обмене. Биоэнергетические показатели живых систем позволяют выявлять последствия стрессового воздействия среды до наступления необратимых изменений в организме.

Количество энергии, необходимое организму в единицу вре­мени для обеспечения всех физиологических процессов, характе­ризует интенсивность энергетического обмена. На реализацию одного и того же физиологического процесса в неблагоприятных условиях организму требуется больше энергии, чем в оптималь­ных, из-за необходимости компенсации неблагоприятных воздей­ствий среды.

Исследование ферментативной активности почвенного микроце­ноза. Различные виды антропогенного воздействия на почву мо­гут изменять условия существования почвенных микроорганиз­мов, нарушать нормальное протекание в почвах процессов мик­робной трансформации и, следовательно, отражаются на процес­сах трансформации веществ в биосфере. Почвенные микроорга­низмы участвуют в циклах жизненно важных элементов, таких как N, Р, S, Fe, Мп и др. Им принадлежит уникальная роль в очистке биосферы от загрязнений, так как именно микроорганизмы обла­дают высокой способностью к адаптации и могут быстро транс­формировать загрязняющие вещества, как естественные для био­сферы, так и чужеродные.

Изучение сукцессии и особенностей функционирования мик­робных комплексов в техногенных экосистемах представляет боль­шой научный и практический интерес. Такие экосистемы могут служить моделью для исследования скорости и направления мик­робиологических и биохимических процессов.

Методы энзимологии широко применяются при решении эко­логических задач. Они позволяют оценить биохимическую актив­ность почвенного микроценоза. Ферменты, выделяемые микроор­ганизмами в результате их жизнедеятельности, способны иммо­билизоваться и накапливаться в почве в активном состоянии и в соответствующих условиях проявлять специфические биокатали­тические функции.

К настоящему времени разработаны методы определения ак­тивности большого количества ферментов, участвующих в разно­образных почвенных биохимических процессах. По типу катализируемых реакций все известные ферменты раз­делены на шесть классов: оксидоредуктазы, катализирующие окис­лительно-восстановительные реакции; гидролазы, катализирующие реакции гидролитического расщепления внутримолекулярных свя­зей в различных соединениях; трансферазы, катализирующие ре­акции межмолекулярного или внутримолекулярного переноса хи­мической группы и остатков с одновременным переносом энер­гии, заключенной в химических связях; лигазы (синтетазы), ката­лизирующие реакции соединения двух молекул, сопряженные с расщеплением пирофосфатных связей АТФ или другого анало­гичного трифосфата; лиазы, катализирующие реакции негидро­литического отщепления или присоединения различных химиче­ских групп органических соединений по двойным связям; изомеразы, катализирующие реакции превращения органических соеди­нений в их изомеры.