Влияние цефазолина на функциональное состояние микросообществ модельных гидроэкосистем

В литературе имеются сведения об уменьшения активности дегидрогеназ ила под действием сульфаниламидных препаратов (сульфацетамида, сульфаниламида, п -толуол-сульфаниламида). Дегидрогеназная активность уменьшалась с увеличением концентрации лекарственных веществ, ингибирование ферментов было самым значительным под влиянием п -толуолсульфаниламида [6]. В качестве тест-контроля за функциональным состоянием водных микроорганизмов активного ила целесообразно применять ферменты аэробного метаболизма, в частности, малатдегидрогеназу (МДГ). Малатдегидрогеназа (МДГ, К.Ф. 1.1.1.37) – аэробный фермент и катализирует взаимопревращение малата в оксалаоацетат. Указанный фермент играет важную роль в компенсации различных метаболических стрессов, возникающих в экстремальных условиях жизнедеятельности микроорганизмов. Так, установлены различные молекулярные формы МДГ активного ила в процессе окисления ксенобиотиков [3].

Цель работы: исследование влияния цефазолина на активность дегидрогеназ водных микроорганизмов активного ила.

Материалы и методы. Объектом исследования служил антибиотик группы цефалоспоринов – цефазолин. Цефалоспорины классифицируется на четыре группы (на основе спектра их действия). Выбранный антибиотик относится к цефлоспоринам первого поколения, химическое строение которого представлено на рис. 1.

В экспериментах использовали активный ил регенератора первой секции аэраторов городской станции МП «Самараводоканал».

Инкубацию осуществляли в течение 24 часов при температуре 200С в аэробно-анаэробных условиях. Отбор проб для определения дегид-рогеназной активности проводили через 1, 2, 3, 4 и 24 часа. Концентрацию цефазолина варьировали в количестве 10-70 мг/г биомассы. Отбор проб для определения молекулярных форм МДГ проводили через 1 и 24 часа. Концентрацию цефазолина варьировали в количестве 10, 40 и 70 мг/г биомассы.

Рис. 1. Химическое строение цефазолина

Определение общей дегидрогеназной активности проводили по методике, основанной на восстановлении индикатора 2,3,5-трифенил-тетразолия хлорида с последующим фотометрическим анализом полученных растворов. Изменение дегидрогеназной активности в пробах рассчитывали как процентное отношение оптической плотности в опытной пробе к оптической плотности в контрольной пробе [2]. Молекулярные формы МДГ устанавливали методом электрофореза в плоских блоках 7,5% полиакриламидного геля. В качестве электродного буфера использовали 1М трис-ЭДТА-боратный буфер (рН 9,2). Выявление изоформ МДГ проводили с помощью фе-назинметасульфаттетразолиевой реакции в чашках Петри [3].

Результаты и их обсуждение. Динамика изменения дегидрогеназной активности при действии цефазолина представлена в таблице 1.

Таблица 1. Изменение общей дегидрогеназной активности ила при действии цефазолина, в %

В течение первого часа инкубации отмечали уменьшение активности ферментов во всех исследуемых пробах. Двухчасовая экспозиция приводила к повышению активности дегидрогеназ в концентрациях антибиотика 40-70 мг/г биомассы. Инкубация в течение трех часов во всем диапазоне исследуемых концентраций приводила к устойчивому снижению дегидрогеназной активности. При инкубации в течение четырех часов получили следующие результаты: серии экспериментов с концентрацией цефазолина 10-20 мг/г биомассы приводили к незначительному снижению активности ферментов, а при концентрациях 30-70 мг/г биомассы к стабильному увеличению дегидроге-назной активности. В течение 24 часов инкубации отмечали уменьшение активности в пробах с концентрациями антибиотика 10-40 мг/г биомассы, а при концентрациях 50-70 мг/г биомассы дегидрогеназная активность незначительно превышала контроль. В таблице 2 представлен состав молекулярных форм МДГ в эксперименте при действии цефазолина после 1 часа и 24 часов инкубации.

Таблица 2. Изменение состава молекулярных форм МДГ в активном иле

В течение первого часа инкубации в контроле выявили две молекулярные формы фермента – МДГ-1 и МДГ-3. При действии цефа-золина различной концентрации на микроорганизмы активного ила также выявлены две молекулярные формы фермента, причем в области МДГ-3 установлено две активные зоны. По истечению суток в контрольной пробе установили три формы МДГ (МДГ-1, МДГ-2 и МДГ-3), при этом в области МДГ-2 представлена в виде трех зон активности. В опытных сериях при инкубации с цефазолином МДГ представлена в следующем составе молекулярных форм: в пробе с содержанием антибиотика 10 мг/г биомассы число активных зон МДГ-2 и МДГ-3 становится равным двум; при инкубации 40 мг/г биомассы число активных зон МДГ-2 и МДГ-3 не меняется, но в области МДГ-1 установлены две активные зоны. При инкубации цефазолина в концентрации 70 мг/г биомассы МДГ-2 не выявлена.

Выводы: проведенные эксперименты показали вероятность индукции молекулярных форм МДГ активного ила в процессе биодеструкции цефазолина. Установлено последовательное включение молекулярных форм малатдегидрогеназы в процессы окисления антибиотика. Данные о динамике общей активности дегидрогеназ водных микроорганизмов свидетельствуют о том, что цефазолин в диапазоне исследуемых концентраций не представляет угрозы для микросообществ гидроэкосистемы.