Введение к работе
Актуальность работы. Антропогенное воздействие на водоемы сопровождается поступлением в водную среду токсикантов различного происхождения и разного химического состава. Среди них токсины, образующиеся в результате жизнедеятельности организмов, таких как, например, сине-зеленые водоросли; пестициды, поверхностно-активные вещества и многие другие, в том числе и тяжелые металлы (ТМ. При изучении их влияния на организм морских беспозвоночных весьма существенным является вопрос о том, какие звенья системы метаболизма в организме гидробионтов обуславливают их резистентность в условиях интоксикации.
Среди морских беспозвоночных приморский гребешок Mizuhopecten yessoensis способен извлекать и концентрировать в мягких тканях кадмий, без какого-либо видимого патологического эффекта, даже из чистых вод, в которых концентрации этого ТМ не превышают допустимого фона. Это уникальное свойство приморского гребешка свидетельствует о том, что двустворчатый моллюск M. yessoensis имеет хорошо развитые механизмы адаптации к высоким концентрациям кадмия в окружающей среде.
Существует общее мнение, что у организмов различного уровня организации в процессе эволюции сформировался механизм детоксикации ТМ, в основе которого лежит связывание и изоляция токсичных ионов металлов, препятствующее их взаимодействию с чувствительными биоструктурами клетки (Shelton et al., 1986; Fowler, 1992; Metian et al., 2008). При этом, основную роль в этом механизме осуществляют специальные белки (стресс-белки) – металлотионеины (МТ), которые были найдены во всех организмах, как в беспозвоночных, так и в позвоночных, включая млекопитающих (Klaverkamp, Duncan, 1987; Saito, 1995; Hansen et al., 1997; Vergani et al., 2005). Однако на сегодняшний день мало известно о механизмах устойчивости приморского гребешка M. yessoensis к кадмию, опосредованных кадмий-связыващими белками.
Цель работы: исследовать основные биохимические механизмы адаптации приморского гребешка Mizuhopecten yessoensis к кадмию.
Задачи исследования:
1. Исследовать внутриклеточное распределение кадмия и идентифицировать Сd-связывающие белки в пищеварительной железе приморского гребешка M. yessoensis и некоторых видов двустворчатых моллюсков (Mytilus trossulus, Peronidia venulosa, Mercenaria stimpsoni).
2. Выявить влияние аккумуляции кадмия на изменение концентрации Cd-связывающих белков в клетках пищеварительной железы приморского гребешка M. yessoensis и сравнить с другими представителями двустворчатых моллюсков (M. trossulus, P. venulosa, M. stimpsoni).
3. Идентифицировать и охарактеризовать биохимические механизмы адаптации приморского гребешка M. yessoensis к кадмию.
4. Выявить особенности в механизмах адаптации к кадмию у годовалых и двухгодовалых особей приморского гребешка M. yessoensis.
Научная новизна работы: Впервые показано, что приморский гребешок M. yessoensis обладает уникальным механизмом адаптации к кадмию представленным двумя высокомолекулярными белками 72 и 43 кДа. Белок 72 кДа является гликопротеином. Впервые охарактеризованы биохимические механизмы адаптации неполовозрелых особей приморского гребешка к высоким концентрациям кадмия в окружающей среде. Впервые показана способность кадмий-связывающих белков приморского гребешка поглощать свободные радикалы.
Практическая значимость. Результаты исследования применимы для комплексного биологического мониторинга акваторий, т. е. оценки состояния биоты как результата антропогенного вмешательства. Результаты работы могут быть использованы профессорско-преподавательским составом ВУЗов РФ в специализированных лекционных циклах, рассматривающих вопросы биохимической адаптации и биохимической токсикологии.
Положения, выносимые на защиту:
1. У приморского гребешка обнаружена высокоэффективная биохимическая система детоксикации тяжелых металлов, которая представлена комплексом кадмий-связывающих белков (72 и 43 кДа), центральное место среди которых принадлежит гликопротеину 72 кДа. Основной кадмий-связывающий белок 72 кДа является уникальным, не встречающимся в других представителях беспозвоночных. По характеристикам его можно отнести к МТ – подобным белкам.
2. На примере ранних возрастных групп показано, что неполовозрелые особи M. yessoensis обладают хорошо развитой системой адаптации к тяжелым металлам (кадмию). Адаптация неполовозрелых особей приморского гребешка достигается за счет связывания металлов с белком не только 72 кДа и с белком 43 кДа, но и с белком с молекулярной массой 120 кДа, который характерен только для данной возрастной группы.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на: региональной научной конференции «Исследования в области физико-химической биологии и биотехнологии» (ТИБОХ ДВО РАН, Владивосток 2004г); 15-ом международном симпозиуме «Экология 2006» (Болгария 2006 г.); молодежных конференциях ТОИ ДВО РАН (Владивосток, 2008, 2009 гг.); IX и X Дальневосточных школах по актуальным проблемам химии и биологии (ТИБОХ ДВО РАН, 2005, 2006 гг.); 2-ой научной конференции стран СНГ «Современные проблемы физиологии и биохимии водный организмов» (Республика Карелия, 2007 г.); международных научных конференциях «Физиомар 08» (Франция, Брест 2008г.), и на международной конференции «17th International Pectinid Workshop» (Испания, 2009 г), на семинарах лаборатории Морской экотоксикологии ТОИ ДВО РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 работы, в том числе 6 статей, две из них в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 117 страницах, состоит из введения, 5 глав и выводов, содержит 29 рисунков, 4 таблицы и список литературы, включающий 133 наименования, из которых 116 на иностранном языке.
Личный вклад. Автор лично принимал участие в лабораторных и полевых работах, где занимался отбором проб. Также автором была выполнена основная часть подготовки проб для биохимического анализа. Результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором, либо на равных правах с соавторами. Все расчеты и интерпретация данных выполнены лично автором.
Благодарности. Автор выражает огромную благодарность своему научному руководителю, д.б.н. В.П. Челомину за всестороннюю помощь в процессе работы над рукописью, искреннюю признательность всему коллективу лаборатории морской экотоксикологии, отдельная благодарность к.б.н. Н.Н. Бельчевой за неоценимый вклад в развитие и помощь в постановке методик. Отдельные слова благодарности автор приносит сотрудникам ИБМ ДВО РАН: сотруднику лаборатории физиологии, к.б.н. В.Я. Кавуну за сбор материала и помощь в сборе материала, сотруднику лаборатории фармакологии к.б.н. В.В. Кумейко за консультации и методическую помощь, также сотруднице лаборатории сравнительной цитологии И.Ю. Петровой за неоценимую помощь в подготовке проб.
