Введение к работе
Актуальность темы. Кадмий обладает разносторонними биологическими свойствами (Thevenod F., 2009; Hyun S. et al., 2006 и др.). Это достаточно «сложный» элемент; отношение к нему медицинских и ветеринарных специалистов достаточно осторожное, поскольку он хорошо известен своей токсичностью. При этом его относят как к группе «новых» микроэлементов (кадмий, ванадий, кремний, олово, фтор), так и, наряду с Pb, Sn и Rb, к условно необходимым микроэлементам и в низких концентрациях он способен стимулировать рост (Авцын А.П. и др., 1991; Скальный А.В., 2004). В последние годы возрос интерес отечественных исследователей к кадмию, рассмотрены его физиологические эффекты на сельскохозяйственных животных (Савчук С.В., 2003; Матиосов А.Д., 2004; Артемьева О.А., 2005; Кияева Е.В., 2010).
Механизмы действия кадмия охватывают большое число критических физиологических, в первую очередь клеточных, функций. Он влияет на многие процессы организма, в том числе метаболические, путем прямого и опосредованного действия на регуляторные механизмы, образуя прочные комплексы с аминокислотами и другими биомолекулами, содержащими HS- и RS-группы, заменяя металлы в содержащих их ферментах (Виселина Т.Н., Лукьянова О.Н., 2000; Андриянова Е.Е., Куличенко И.С., 2002; Amiard J.C., et al. 2006 и др.). Полагают, что действие кадмия связано не только с его физиологической активностью, но и способностью вытеснять другие жизненно необходимые для организма микроэлементы, такие как цинк, медь, железо (Pinot F et al., 2000; Hodgson A., 2010).
Между тем, действие кадмия на морских гидробионтов, в частности устриц, которые концентрируют его в значительном количестве, изучено мало. Недостаточно сравнительных сведений, раскрывающих механизм эффектов кадмия на организменном, тканевом и клеточном уровнях. В связи с вышеизложенным, изучение особенностей физиологического действия кадмия на разных уровнях организации животного организма имеет большое теоретическое и практическое значение.
Цель и задачи исследований. Целью работы являлось изучение различных физиологических процессов у виргинских устриц (Crassostrea virginica) при воздействии кадмия.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
-
Определить распределение кадмия в значимых тканях виргинских устриц.
-
Оценить дыхательные функции виргинских устриц при воздействии кадмием.
-
Изучить состояние систем защиты первой группы (металлотионеины и П-гликопротеины) и репарации клеточных повреждений у виргинских устриц при воздействии кадмием.
-
Исследовать аэробный и анаэробный метаболизмы виргинских устриц при воздействии кадмием.
Научная новизна работы. Впервые на модели виргинских устриц показаны особенности изменения дыхательных функций различных морфо-функциональных структур животного организма при воздействии кадмием. Впервые оценено влияние кадмия на аэробный и анаэробный метаболизмы, а именно на активность некоторых ключевых ферментов, у виргинских устриц. Впервые на виргинских устрицах in vitro установлены изменения в синтезе белков при действии кадмия, а также взаимосвязь общего синтеза белка с экспрессией металлсвязывающих (металлотионеины) и репарирующих (белки теплового шока) белков. Впервые продемонстрирована возможность использования молекулярных, биохимических и физиологических биомаркеров для изучения эффектов кадмия на животный организм.
Практическая ценность работы. Полученные данные вносят существенный вклад в понимание механизмов влияния кадмия на различные морфо-функциональные структуры организма. Результаты исследований могут найти применение при прогнозировании влияния кадмия на состояние водных экосистем. Показана возможность использования клеток при оценке эффектов действия кадмия.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на международных конференциях ”SEB” (Марсель, 2008); ”SEB” (Глазго, 2009); ”APS Intersociety Meeting: Global Change and Global Science: Comparative Physiology in a Changing World”, (Вестминстер, 2010); ”Physiomar 10” (Квебек, 2010); Международных научно-практических конференциях “Биотехнология: токсикологическая, радиационная и биологическая безопасность” (Казань, 2010); конференции, посвященной 80-летию факультета биотехнологии и стандартизации Казанской государственной академии ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана (Казань, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Распределение кадмия в клетках жабер и гепатопанкреаса в условиях in vivo и in vitro.
-
Особенности клеточного, тканевого и организменного уровней эффектов кадмия на модели устриц.
-
Изменения аэробного и анаэробного метаболизмов у виргинских устриц под влиянием кадмия.
-
Протеосинтетический ответ разных морфологических структур устриц при воздействии кадмием.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 122 страницах компьютерного текста, состоит из введения, обзора литературы, разделов «Материалы и методы», «Результаты собственных исследований», «Обсуждение результатов», а также выводов, практических предложений и списка литературы. Работа содержит 8 таблиц и 18 рисунков. Список литературы включает 271 библиографических источников, в том числе - 185 зарубежных.
