Влияние электромагнитного излучения на частоте молекулярного спектра поглощения и излучения оксид азота на изменение активности супероксиддисмутазы бактерий

410012 г. Саратов, ул. Б. Казачья 112,

ГОУ ВПО Саратовский ГМУ Росздрава, кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии,

В последнее время в различных отраслях биологических наук и медицине широкое распространение получили радиофизические методы воздействия на биологические объекты и системы [2,4,5,10,12,13]. Интенсивно развиваются исследования биологических эффектов, связанных с воздействием электромагнитного излучения крайне высоких частот (КВЧ)-диапазона.

Как в клинической практике, так и в биологических исследованиях электромагнитные излучения крайне высоких частот получили широкое применение, особенно в последнее десятилетие. Это связано, в частности, с высокой вариабельностью использования данного физического агента благодаря размаху спектра частотного интервала.

В КВЧ-диапазоне находятся частоты молекулярных спектров излучения и поглощения (МСИП) раз- личных клеточных метаболитов (ΝО, CО, активные формы кислорода и др.) [1,6]. Изучение биологических эффектов электромагнитного излучения представляет значительный интерес как для теоретической, так и для практической медицины. Особый интерес вызывает электромагнитное излучение на частотах МСИП оксида азота, который является универсальным регулятором физиологических и метаболических процессов в отдельной клетке и в организме в целом, функционируя как сигнальная молекула практически во всех органах и тканях человека и животных [8,9].

Создание генераторов, работающих на частоте спектров поглощения и излучения биологически активных молекул ΝО, CО, О2, СО2, открывает новые направления в практическом использовании элетро-магнитных волн [7].

В связи с тем, что фундаментальной основой работы сложных биологических систем являются молекулы-метаболиты, стабильные и строго воспроизводимые структуры биосреды, детерминированное управление их реакционной способностью излучением, совпадающим со спектрами их собственногоиз-лучения и поглощения, может направленно регулировать процесс метаболизма в биосреде. Анализ биомедицинских эффектов элекромагнитного излучения (ЭМИ) на частотах молекулярных спектров атмосферных газов-метаболитов (ΝО, CО, О2, СО2) показывает прямую связь спектров заданного метаболита и его активности в биосреде [5].

При облучении молекул энергия КВЧ (крайне высокой частоты)-излучения расходуется на переходы молекул из одного энергетического состояния в другое. При используемых в медикобиологической практике уровнях мощности КВЧ-излучения экзогенное воздействие ЭМИ КВЧ приводит к изменению вращательной составляющей полной энергии молекул. При совпадении частоты проводимого облучения с частотой вращения полярных молекул возможна перекачка энергии излучения молекуле, сопровождающаяся увеличением ее вращательной кинетической энергии, что влияет на ее реакционную способность [6].

Супероксиддисмутаза (СОД) — широко распространенный фермент, она находится почти во всех аэробных и факультативно-анаэробных бактериях. Это один из ферментов антиоксидантной защиты клеток.

Цель работы . Вышеизложенное послужило основанием для проведения исследований по изучению влияния ЭМИ на частоте молекулярного спектра поглощения и излучения (МСПИ) оксида азота (150 ГГц) на супероксиддисмутазную активность бактерий.

Исследования по влиянию электромагнитного излучения на МСПИ оксида азота на активность супе-роксиддисмутазы бактерий ранее не проводились.

Материалы и методы . В работе использовали генератор ΝО разработанный в ОАО ЦНИИИА и панорамно-спектр^, ометрический измерительный комплекс, в котором возбуждались электромагнитные КВЧ колебания, имитирующие структуру молекулярного спектра поглощения и излучения оксид азота (МСПИ) [6].

Точное значение заданной частоты определяли в соответствии с международной базой данных молекулярных спектров высокого разрешения HITRΑΝ (созданной с участием космического агентства и с учетом поправок на атмосферное давление и температуру окружающей среды [3].

Объектом исследования были эталонные штаммы Escherichia coli АТСС 25922 (К -12), Staphylococcus aureus АТСС 6538-Р, Pseudomonas aeruginosa АТСС 27853 и по 5 клинических штаммов каждого вида.

Суточные культуры исследуемых микроорганизмов, выращенные на мясо-пептонном агаре, смывали 0,14М ΝaCl. Концентрацию клеток по оптическому стандарту мутности доводили до 109 микробных тел в 1 мл. По 1,5 мл этой взвеси вносили в пробирки типа «Эппендорф» и подвергали воздействию ЭМИ на частоте МСПИ оксида азота (150 ГГц) в течение 10, 30, 45 и 60 минут. Контролем служили необлучен-ные культуры.

Активность СОД определяли по методике, описанной С. Чевари [11].

Принцип метода основан на способности конкурировать с нитросиним тетразолием (НСТ) за супероксидные анионы, образующиеся в результате взаимодействия восстановленной формы никоти-намидадениндинуклеотида (НАД*Н) с феназинметасульфата (ФМС). В результате этой реакции НСТ восстанавливается с образованием гидразинтетра-золия. В присутствии СОД процент восстановления НСТ уменьшается.

Количественные параметры протекающей реакции определяют на спектрофотометре СФ-46 путем измерения оптической плотности реакционной смеси при длине волны 540 нм.

После перемешивания компонентов пробы в кювете устанавливают начальную экстинкцию. Через 10 минут измеряли нарастание оптической плотности раствора.

Расчет вели по формуле

—---— х100%= %блокирования, где Е0 — экстинция реакционной смеси в отсутствие СОД (нулевая проба),

Епр — экстинция исследуемой пробы (опытная проба).

За единицу активности принимали количество фермента, необходимое для снижения оптической плотности в процессе восстановления НСТ в опытной пробе на 50%. Активность СОД выражали в усл. ед. на 1 мл взвеси.

Статистическую обработку результатов проводили с применением стандартных методов вариационной статистики.

Результаты . При разном времени (10, 30, 45, 60 мин.) экспозиции отмечалось возрастание активности изученного фермента у бактерий разных видов и разного происхождения. Эти изменения были различны.

При облучении в течение 10 минут и 30 минут уровень активности СОД практически не отличался от контрольных значений. Достоверное увеличение данного фермента было только у клинических штаммов P. aeruginosa.

При изучении динамики изменения активности СОД (см. рисунок) установлено, что уровень активности данного фермента после облучении ЭМИ в течение 45 минут у эталонного штамма S.aureus возрастал на 20% и на 26 % у клинических штаммов этого вида; на 15 % у эталонного штамма E.coli и на 21% у клинических штаммов; на 25 % у эталонного и на 28 % у клинических штаммов P. aeruginosa.

Далее при облучении в течение 60 минут уровень активности СОД, как и в течение 45 минут экспози-

• □    10 мин ■30 мин □45 мин

• □    60 мин

■Контроль

P.aeruginosa

Динамика изменения активности супероксиддисмутазы при разном времени воздействия ЭМИ МСПИ оксид азота на различные виды бактерий ции, возрастал на 24% у эталонного штамма S.aureus и на 25 % у клинических штаммов этого вида; на 22 % у эталонного штамма E.coli и на 21% у клинических штаммов; на 25 % у эталонного и на 27 % у клинических штаммов P. aeruginosa.

Выводы :

Облучение бактериальных взвесей стафилококка, кишечной и синегнойной палочек ЭМИ МСПИ оксида азота приводит к повышению супероксиддисмутазной активности. Данный процесс достигает максимума к 45 и 60 минутам.

Менее короткая экспозиция не влияет на активность супероксиддисмутазы — одного из основных ферментов антиоксидантной защиты бактерий.