doi:10.15389/agrobiology.2016.6.921rus
УДК 639.2/.3:574.5:57.084.1:[546.28+546.28]-022.532
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 14-36-00023). Анализ образцов ткани экспериментальных животных на содержание химических элементов проводили в лаборатории АНО «Центр биотической медицины», г. Москва (аттестат аккредитации ГСЭН.RU.ЦАО.311, Регистрационный номер в Государственном реестре РОСС RU. 0001.513118).
О ТОКСИЧНОСТИ И ПРООКСИДАНТНОМ ЭФФЕКТЕ НАНОЧАСТИЦ
CeO2 и SiO2 (НА МОДЕЛИ Danio rerio)
Е.П. МИРОШНИКОВА1, Д.Б. КОСЯН1, 2, А.Е. АРИНЖАНОВ1,
Е.А. СИЗОВА1, 2,
В.В. КАЛАШНИКОВ3
Активное использование наноматериалов в различных сферах приводит к их интенсивному поступлению в окружающую среду и вовлечению в процессы ремедиации. В водной среде наноматериалы влияют на фауну аквабиоценоза, включая рыб. Содержание продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) у гидробионтов как биоиндикаторных организмов традиционно используют в качестве показателя при определении влияния техногенного загрязнения водоема. При анализе показателей ПОЛ следует учитывать, что выявляемое содержание продуктов окисления может быть связано не только с реакцией гидробионтов на антропогенное загрязнение водоема, но и с наличием соответствующих субстратов в тканях рыб. Нами впервые изучен эффект наночастиц диоксидов кремния и церия в условиях водной среды с непосредственной оценкой ферментативной системы тест-объекта. На модели Danio rerio мы определили токсическое действие наночастиц диоксида церия (CeO2 НЧ, 15,8 нм) и диоксида кремния (SiO2 НЧ, 40,9 нм), прооксидантный эффект CeO2 НЧ и SiO2 НЧ, зависимость показателей ПОЛ от дозовой нагрузки, а также наличие у Danio rerio механизмов, обеспечивающих адаптацию к присутствию этих наночастиц в среде обитания. Был установлен факт 100 % гибели тест-объекта к 80-м и 84-м сут под влиянием CeO2 НЧ. Первые признаки токсического эффекта CeO2 НЧ в дозе 10 мг/дм3 корма отмечали на 45-е сут, на 56-е сут численность сокращалась на 33 %, на 65-е сут — уже на 54 %. В случае SiO2 НЧ выживаемость снизилась на 33 %. Наночастицы в дозах 10 и 100 мг/дм3 приводили к уменьшению содержания малонового диальдегида (МДА) у Daniorerio во всех группах по сравнению с контролем: соответственно на 11 и 61 % — в варианте с CeO2 НЧ и на 50,0 и 41,5 % — с SiO2 НЧ, то есть влияние оказалось сходным. Ту же динамику наблюдали в течение первых 2 нед эксперимента. При добавлении CeO2 НЧ в воду аквариума (10 и 100 мг/дм3) активность супероксиддисмутазы (СОД) снизилась соответственно на 75 % и 69 %, на фоне SiO2 НЧ в тех же концентрациях — на 50 и 26 %. Похожий характер изменения активности регистрировали для каталазы (КТ). Таким образом, поступление CeO2 НЧ и SiO2 НЧ в среду обитания сопровождалось депрессией антиоксидантной системы Daniorerioв начале эксперимента, появлением признаков адаптации к концу 2-й нед и значительным увеличением активности КТ и СОД к окончанию срока наблюдения, что указывает на наличие у этих наночастиц токсического действия, требующего дальнейшего изучения.
Ключевые слова: Danio rerio,выживаемость, каталаза, супероксиддисмутаза, наночастицы диоксида кремния, наночастицы диоксида церия, масс-спектрометрия.
ASSESSMENT OF GENERAL TOXICITY AND PROOXIDANT EFFECTS OF CeO2 AND SiO2 NANOPARTICLES ON Danio rerio
Е.P. Miroshnikova1, D.B. Kosyan1, 2, A.E. Arizhanov1, Е.А. Sizova1, 2,
V.V. Kalashnikov3
A diversified use of nanomaterials leads to their accumulation in the environment and involvement into remediation. In water biocoenosis, nanomaterials influence fishes. Lipid peroxidation (LPO) in aquatic bioindicators is considered the parameters generally used to assess an impact of man-caused water pollution. It should be taken into account that the level of LPO products can be due not only to anthropogenic pollution, but also to the presence of peroxide substrates in fish tissues. We firstly showed the effect of silica and cerium nanoparticles in water environment with direct assay of the enzyme activity of the bioindiator used. Our purpose was to evaluate the prooxidant effects of CeO2 (15.8 nm) and SiO2 (40.9 nm) nanoparticles (NPs) on the Danio rerio model, to study LPO as influenced by the NPs doses, and to find out if there are any adaptive mechanisms in Danio rerio to withstand the NPs in the habitat. Complete death of the test objects occurred on days 80 and 84 when CeO2 NPs used. The first signs of the CeO2 NPs toxic effect at a dose of 10 mg/dm3 in the feed appeared on day 45, on day 56 the test-organism number was 33 % lower, and on day 65 a more than 54 % decline occurred. SiO2 NPs led to 33 % reduced survival. The presence of the nanoparticles in the habitat depressed the antioxidant system of Danio rerio but the signs of adaptation were manifested by the end of week 2, and a significant increase in catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) activity proceeded by the end of the test. At 10 and 100 mg/dm3 of CeO2 NPs the malonic dialdehyde (MDA) level decreased by 11.0 % and 61.0 %, respectively. For SiO2 NPs the changes were similar with the MDA level decrease of 50.0 and 41.5 % at 10 and 100 mg/dm3 dosage, respectively. SOD activity when influenced by CeO2 NPs (10 mg/dm3 and 100 mg/dm3) decreased by 75 and 69 %, respectively, and for SiO2 NPs the indexes were 50 and 26 % lower as compared to control. Similar changes were characteristic of CAT activity. Thus, the investigated nanoparticles possess sufficient toxic properties that necessitates their further study.
Keywords: Danio rerio, survival, catalase, superoxide dismutase, nanoparticles of silicone and cerium dioxide, mass spectrometry.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ мясного скотоводства, |
Поступила в редакцию |
Оформление электронного оттиска
