Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ASSESSMENT OF IMPURITY OF THE ORENBURG REGION LEAD AND KAMY AND PROSPECTS OF USE OF PROBIOTICS FOR DECREASE IN KSENOBIOTICHESKY LOADING

Salnikova E.V. 1 Sizentsov A.N. 1
1 Orenburg State University
В статье представлены данные по изучению уровня антропогенной нагрузки свинцом и кадмием и перспективе использования, в качестве детоксикационных, пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus. Анализ питьевых вод Центрального Оренбуржья показывает, что во всех исследуемых образцах содержание свинца выше ПДК и колеблется от 0,0639 до 0,1592 мг/л. В почвах превышений по содержанию свинца не обнаружено. В волосах жителей Центрального Оренбуржья содержание кадмия и свинца находится в пределах допустимого уровня во всех изученных районах. Исключением является Тюльганский район, в волосах жителей которого обнаружено превышение допустимого уровня в 1,5 раз. При оценке биоаккумулирующей способности пробиотических препаратов было установлено, что лучшим биосорбентом ионов свинца является штамм B.subtilis 534, входящий в состав препарата «Споробактерин». Значительных различий в значениях накопления ионов кадмия между исследуемыми штаммами не наблюдается.
Data on studying of level of anthropogenous loading by lead and cadmium and prospect of use, in quality the detoksikatsionnykh, probiotic preparations on the basis of sort Bacillus bacteria are presented in article. The analysis of drinking waters of the Central Orenburg Oblast shows that in all studied samples the content of lead is higher than maximum concentration limit and fluctuates from 0,0639 to 0,1592 mg/l. In soils of prevysheniye on the content of lead it isn't revealed. In hair of residents of the Central Orenburg Oblast the content of cadmium and lead is within admissible level in all studied areas. An exception is Tyulgansky district in which hair of inhabitants excess of admissible level by 1,5 times is revealed. At an assessment of the bioaccumulating ability of probiotic preparations it has been established that the best biosorbent of ions of lead is B.subtilis 534 strain which is a part of the preparation «Sporobakterin». Significant differences in values of accumulation of ions of cadmium between the studied strains aren't observed.
heavy metals
the population
health
the orenburg region
probiotic preparations bioaccumulating ability

Регионы России со значительной антропогенной нагрузкой и, как следствие, повышенным уровнем загрязнения окружающей среды представляют наибольший интерес для исследований. Одним из таких регионов является Оренбургская область. На её территории располагаются ведущие отрасли промышленности: топливная, химическая, нефтехимическая, пищевая, черная и цветная металлургия. Выбросы из загрязняющих источников выпадают неравномерно, а сконцентрированы в крупных городах и вокруг промышленных предприятий. Известно, что загрязнение воздушной среды оставляет свой след и в других природных средах. Одной из таких сред является почва, которая обладает большим количеством экологических функций [5]. Главными загрязнителями почв и питьевых вод Центрального Оренбуржья являются свинец и кадмий. Они относятся к токсичным тяжелым металлам. Загрязнение свинцом и кадмием происходит одновременно, так как источники попадания свинца и кадмия в объекты окружающей среды часто одни и те же. Природные источники этих металлов не играют значительной роли в этом процессе. Основное загрязнение связано с антропогенным воздействием [12, 1, 4].

Целью исследований стало изучение особенностей аккумуляции тяжелых металлов в почвах, питьевых водах и в волосах населения, проживающих длительное время на территории Центрального Оренбуржья, а также оценка биоаккумулирующей способности ионов свинца и кадмия микроорганизмами, входящими в состав пробиотических препаратов.

Объекты и методы исследования. На первом этапе в качестве объектов исследования были отобраны образцы почвы и воды из районов, которые расположены в Центральном Оренбуржье. К ним относятся Акбулакский, Беляевский, Кувандыкский, Октябрьский, Оренбургский, Сакмарский, Соль-Илецкий, Сорочинский, Тюльганский, Шарлыкский районы.

Определение содержания кадмия и свинца в исследуемых объектах проводили по стандартизированным методикам в аккредитованной лаборатории Испытательного Центра ГНУ «Всероссийский НИИ мясного скотоводства» РАСХН (аттестат аккредитации И.Л. NPOOCRU 000121 ПФ 59) методом атомно-абсорбционной спектрофотомерии [6].

Микроэлементный состав крови первым реагирует на повышение уровня содержания тяжелых металлов, но может не отражать истинный уровень их содержания в организме. Поэтому важно исследование таких биосубстратов, которые наиболее полно отражают элементный статус во всем организме. В этом отношении наиболее информативными являются волосы, их легко собирать, транспортировать и хранить.

Оценка элементного состава волос проводилась в лаборатории АНО «Центр биотической медицины» (г. Москва, аттестат аккредитации ГСЭН.RU.ЦОА.311, регистрационный номер в Государственном реестре РОСС RU.0001.513118) с использованием методов атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой (АЭС-ИСП и МС-ИСП на приборах ICAP-9000 «Thermo Jarrell Ash», США, Perkin Elmer Optima 2000DV, США) согласно методическим указаниям (МУК 4.1.1482-03, МУК 4.1.1483-03) [8].

На втором этапе исследования нами оценивалась биоаккумулирующая способность ионов свинца и кадмия микроорганизмами, входящими в состав пробиотических препаратов.

В работе использовались 3 пробиотических препарата: «Ветом 2» на основе B. subtilis ВКПМ В 7048 и B. licheniformis ВКПМ В 7038, «Споробактерин жидкий» – B.subtilis 534, и «Бактисубтил» на основе B.cereus IP 5832. В качестве регулирующих факторов в работе использовались соли тяжелых металлов: Pb(NO3)2 – нитрат свинца и CdSO4 ´ 8H2O – восьмиводный сульфат кадмия.

Для реализации поставленной цели нами использовались метод последовательных разведений, фотоэлектроколориметрический и атомно-абсорбционный методы [11].

Результаты и их обсуждение

Результаты исследования содержания кадмия показали, что воды Акбулакского, Оренбургского, Кувандыкского, Беляевского и Сакмарского районов характеризуются повышенным содержанием этого элемента (ПДК(Cd) = 0,001 мг/л). В этих же районах обнаружено наибольшее содержание кадмия в почве (таблица 1). Оптимальным поступлением кадмия в организм считается от 1 до 5 мкг в сутки. Порог токсичности этого элемента 30 мкг/сутки. Кадмий аккумулируется в основном в печени, почках и двенадцатиперстной кишке. Для оценки уровня содержания кадмия в организме человека используют волосы и мочу, среднее содержание кадмия в этих субстратах составляет 0,05 - 0,25 мкг/г и 0,03 - 5,0 мкг/л соответственно [7]. Кадмий имеет отчетливую тенденцию к накоплению в организме – период его полувыведения составляет от 10 до 35 лет. Этот тяжелый металл может препятствовать нормальному действию цинка в организме, поражая иммунитет, предстательную железу и кости.

Интерес к свинцу с биологической точки зрения сосредоточился на его токсических свойствах, представляющих опасность для человека и животных. В токсикологическом отношении этот металл – один из самых распространенных и одновременно опасных элементов [2, 13, 14]. Содержание свинца в организме человека с массой около 70 кг составляет примерно 2 мг. Значительное количество свинца попадает в организм с вдыхаемым воздухом. В России поступление свинца с пищей оценивается в 23–27 мкг/сут [9, 10], что составляет 9–11 % от ВДУП.

Анализ питьевых вод Центрального Оренбуржья показывает, что во всех исследуемых образцах содержание свинца выше ПДК и колеблется от 0,0639 до 0,1592 мг/л (таблица 2). В почвах превышений по содержанию свинца не обнаружено.

Таблица 1

Содержание кадмия и свинца в почвах (мг/кг) и питьевых водах (мг/л) Центрального Оренбуржья

Исследуемые районы

Металлы

Cd

Pb

вода

почва

вода

почва

Акбулакский

0,0026±0,0001

0,0120±0,0006

0,0645±0,0032

2,2320±0,1116

Беляевский

0,0009±0,0001

0,1298±0,0065

0,0974±0,0045

9,5816±0,3833

Кувандыкский

0,0023±0,0001

0,2034±0,0102

0,1060±0,0005

1,6611±0,0831

Октябрьский

0,0022±0,0001

0,1380±0,0069

0,1188±0,0059

2,4955±0,1248

Оренбургский

0,0035±0,0003

0,0354±0,0014

0,0705±0,0035

7,0564±0,2823

Сакмарский

0,0061±0,0003

0,1770±0,0089

0,1027±0,0041

1,9706±0,0591

Соль-Илецкий

0,0009±0,0001

0,0236±0,0012

0,0713±0,0032

3,2568±0,1628

Сорочинский

0,0009±0,0001

0,0944±0,0047

0,1592±0,0069

4,7200±0,2360

Тюльганский

0,0012±0,0001

0,0904±0,0045

0,0786±0,0035

1,6385±0,0492

Шарлыкский

0,0010±0,0001

0,0170±0,0007

0,0639±0,0029

2,8475±0,1424

ПДК

0,0010

2,00

0,03

20,0

 

Таблица 2

Содержание кадмия и свинца в волосах (мкг/г) жителей Центрального Оренбуржья

Исследуемые районы

Металлы

Cd

Pb

Акбулакский

0,0218± 0,0011

0,1635± 0,008

Беляевский

0,0348 ± 0,0014

0,3480± 0,0174

Кувандыкский

0,0106± 0,0005

0,5618± 0,0169

Октябрьский

0,0042± 0,0002

0,9116± 0,0456

Оренбургский

0,0212± 0,0011

0,4770± 0,0239

Сакмарский

0,0106± 0,0005

0,8798± 0,0264

Соль-Илецкий

0,0095± 0,0003

0,1696± 0,0085

Сорочинский

0,0092± 0,0002

0,0095± 0,0005

Тюльганский

0,0318± 0,0009

4,6369± 0,1391

Шарлыкский

0,0042± 0,0002

0,9116± 0,0365

Допустимые уровни (ДУ)

до 0,25

до 3,00

 

В ходе проведенных исследований было установлено, что в волосах жителей Центрального Оренбуржья содержание кадмия и свинца находится в пределах допустимого уровня во всех изученных районах. Исключением является Тюльганский район, в волосах жителей которого обнаружено превышение ДУ в 1,5 раз. Исследование элементов в волосах жителей дает возможность выявить наличие на ранней стадии патологических процессов.

Как известно, процесс накопления металлов микроорганизмами осуществляется в стационарной фазе роста. Процесс накопления связан с тем, что в данной фазе наблюдается истощение субстрата и накопление токсичных продуктов, что вынуждают бактерии к поиску других источников энергии и детоксикации среды обитания. В связи с этим следующим этапом нашей работы являлось определение фаз роста, с целью выявления оптимального времени роста на периодической культуре, а также влияние солей тяжелых металлов на динамику роста исследуемых микроорганизмов.

В ходе проведенных экспериментов было установлено, что ионы исследуемых металлов действуют неоднозначно в отношении пробиотических штаммов микроорганизмов. Так, присутствие ионов свинца оказывает стимулирующее действие на динамику роста исследуемых штаммов. При этом наиболее выраженное действие отмечено в отношении B. subtilis 534, входящего в состав препарата «Споробактерин» и B. licheniformis ВКПМ В 7038 – «Ветом 2».

Ионы кадмия, напротив, угнетают рост всех исследуемых штаммов. При этом наиболее резистентным к воздействию данного металла оказался B. сereus IP 5832, входящий в состав препарата «Бактисубтил». Полученные результаты подтверждают результаты предварительного исследования по определению МПК, в которых данный штамм также проявил себя как наиболее устойчивый штамм.

Следующим и основным этапом в нашей работе являлось определение количества металлов, аккумулируемых исследуемыми бактериями из питательной среды. Количественное определение металлов осуществлялось с помощью атомно-абсорбционного метода, анализу подвергались как биомасса, так и супернатат. Для этого в среду для культивирования вносился один из анализируемых металлов в рабочей концентрации [11] и осуществлялось культивирование до наступления стационарной фазы роста. По окончанию культивирования пробы подвергались обработке и анализировались на атомно-абсорбционном спектрофотометре (ААСФ).

Далее в результате проведения эксперимента мы получили данные, из которых следует, что из всех анализируемых металлов микроорганизмы наиболее активно аккумулируют ионы свинца, что показано на рисунке 1.

Рис. 1. Содержание свинца в биомассе бактерий рода Bacillus и в супернатанте

Наиболее активно из всех используемых штаммом ионы свинца аккумулирует штамм B.subtilis 534, на втором месте находится B. subtilis ВКПМ В 7048. Показатели накопления ионов свинца для штаммов B.cereus IP 5832 и B. licheniformis ВКПМ В 7038 ниже, чем у двух предыдущих штаммов, и имеют примерно одинаковые значения.

Относительно значений накопления ионов кадмия, в соответствии с данными представленными на рисунке 2, можно отметить, что они намного ниже, чем значения накопления остальных металлов, и штаммовых различий не наблюдается.

Рис. 2. Содержание кадмия в биомассе бактерий рода Bacillus и в супернатанте

Так, содержание ионов кадмия в биомассе B.subtilis 534 и B.subtilis ВКПМ В 7048 составляет 5,68 и 4,93 процента, а в биомассе B.cereus IP 5832 и B.licheniformis ВКПМ В 7043 4,3 и 3,88 процента соответственно.

Таким образом, из полученных данных следует, что наиболее активно аккумулируется свинец.

Результаты эксперимента показывают, что лучшим биосорбентом ионов свинца является штамм B.subtilis 534, входящий в состав препарата «Споробактерин». Значительных различий в значениях накопления ионов кадмия между исследуемыми штаммами не наблюдается.