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

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

Как в клинической практике, так и в биологических исследованиях электромагнитные излучения крайне высоких частот получили широкое применение.

В КВЧ — диапазоне находятся частоты молекулярных спектров излучения и поглощения (МСИП) различных клеточных метаболитов (NO, СО, активные формы кислорода и др.) [6]. 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 [1, 2].

Создание генераторов работающих на частоте спектров поглощения и излучения биологически активных молекул NО, СО, О2, СО2 открывает новые возможности в практическом использовании элетро-магнитных волн [8].

В связи с тем 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 собственного излучения и поглощения, может направленно регулировать процесс метаболизма в биосреде. Анализ биомедицинских эффектов элекромагнитного излучения (ЭМИ) на частотах молекулярных спектров атмосферных газов-метаболитов (NО, СО, О2, СО2) показывает прямую связь спектров заданного метаболита и его активности в биосреде [3].

При облучении энергия КВЧ — излучения (крайне высокой частоты) расходуется на переходы молекул из одного энергетического состояния в другое. При используемых в медико-биологической 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 [7].

Каталаза — широко распространенный фермент, она находится почти во всех аэробных и факульта- тивно- 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 каталазную активность грамположительных и грамотрицательных бактерий. Исследования по влиянию электромагнитного излучения на МСПИ оксида азота на активность каталазы бактерий ранее не проводились.

Материалы и методы. Для решения поставленной задачи использовали генератор NО и панорамноспектрометрический измерительный комплекс, в котором возбуждались электромагнитные КВЧ колебания, на частоте молекулярного спектра поглощения и излучения оксид азота (МСПИ), разработанный в ОАО ЦНИИИА [7].

Точное значение заданной частоты определяли в соответствии с международной базой данных молекулярных спектров высокого разрешения HITRAN, созданной с участием космического агентства и с учетом поправок на атмосферное давление и температуру окружающей среды [8].

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

Суточные культуры испытуемых микроорганизмов, выращенные на мясо-пептонном агаре, смывали 0,14М NaСl. 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 О2 (129 ГГц) в течение 10, 30, 45 и 60 минут. Контролем служили необлученные культуры.

S. aureus

ATCC 27853 P.aeruginosa

Рис.1. Динамика изменения активности каталазы (мкат/мл) при разном времени воздействия ЭМИ МСПИ оксида азота на различные виды бактерий (M± m)

Активность каталазы определяли колориметрическим методом [9]. Принцип метода основан на способности перекиси водорода образовывать с солями молибдена стойкий окрашенный комплекс. В опыте использовались холостая, контрольная и опытная пробы. В каждую пробу вносили 1 мл 0,05М трис-HСl буфера рН7,8, в холостую и опытную — по 2 мл перекиси водорода, а в контрольную — 2 мл дистиллированной воды; затем в контрольную и опытные пробы прибавляли по 0,1 мл бактериальной взвеси. Реакцию останавливали через 10 мин, добавлением 1 мл 4%-ного раствора молибдата аммония во все пробирки, после этого в холостую пробу приливали 0,1 мл микробной взвеси бактерий. Интенсивность окраски в каждой пробе измеряли на спектрофотометр СФ-46 (ЛОМО, Россия) при длине волны 410 нм против контрольной пробы.

Активность каталазы рассчитывали по формуле: E = (Aхол — Aоп)VtK, где Е — активность каталазы (мкат/мл); Ахол и Аоп — экстинкция холостой и опытной проб; V — (0,1 мл) объем вносимой пробы; t — время инкубации (600 сек); К — коэффициент миллимолярной экстинкции Н2О2(22,2 * 103 мМ-1*см-1).

За единицу активности каталазы принимали то количество фермента, которое участвует в превращении 1 мкат перекиси водорода за 1 секунду при заданных условиях.

Статистическую обработку результатов проводили с применением стандартных методов вариационной статистики [10].

Результаты. Из представленных данных (см. рисунок) видно, что при облучении ЭМИ на частоте излучения и поглощения оксида азота в течение 10 и 30 мин изменения активности каталазы были незначительными и статистически недостоверны.

Уровень активности каталазы у культур, подвергнутых воздействию облучения в течение 45 мин, возрастал на 8% у эталонного штамма Staphylococcus aureus и на 16 % — у клинических штаммов этого вида; на 11% у эталонного штамма Escherichia coli и на 8% — у клинических штаммов; на 13% — у эталонного штамма Pseudomonas aeruginosa и на 17% — у клинических штаммов.

Особенно четкие изменения отмечались при 60 мин экспозиции. Так, уровень активности каталазы увеличивался по сравнению с контролем и достигал максимального значения у всех штаммов, и возрастал на 19% у эталонного штамма S.aureus и на 23% — у клинических штаммов; на 12% — у эталонного штамма E. coli и на 31 % — у клинических штаммов; на 20 % — у эталонного штамма P.aeruginosa, и на 37% — у клинических штаммов. Полученные данные статистически достоверны.

Обсуждение. Облучение бактериальных взвесей стафилококка, кишечной и синегнойной палочек ЭМИ МСПИ оксид азота приводит к повышению одного из ферментов антиоксидантной защиты бактерий: каталазы. Данный процесс, при различном времени экспозиции от 10 до 60 мин, развивается постепенно и достигает максимума к 60 мин.

Полученная динамика характерна для всех 3-х изученных видов бактерий, хотя они и различаются между собой по уровню исходной активности каталазы (наибольшая отмечается у стафилококка, наименьшая у — псевдомонад).

Повышение активности фермента антиоксидантной защиты бактерий под воздействием электромагнитного излучения на частотах МСПИ NО можно объяснить генерацией новых молекул оксида азота в системе или активацией реакционной способности предсуществующих молекул, что повлекло запуск определенных механизмов биохимических реакций под действием волн резонансных частот. Увеличение ферментативной активности свидетельствует об интенсификации процессов биологического окисления.

Выводы:

• 1.    Облучение на частотах МСПИ NО вызывает повышение уровня активности каталазы золотистых стафилококков, кишечной и синегнойной палочек.

• 2.    Эти изменения зависят о длительности облучения.

• 3.    Изменения уровня активности каталазы не имеют видовой специфичности.