АКАДЕМІЯ МЕДИЧНИХ НАУК УКРАЇНИ

НАУКОВИЙ ЦЕНТР РАДІАЦІЙНОЇ МЕДИЦИНИ

Фединяк Анна Василівна

УДК [576.851.94+375.113].614.7

ГЕНЕТИЧНІ ЕФЕКТИ ПОВЕРХНЕВИХ І ПІДЗЕМНИХ ВОД ЛЬВІВЩИНИ ТА КОРЕКЦІЯ МУТАГЕННИХ ФОНІВ ПРИРОДНИМИ АБО СИНТЕТИЧНИМИ СОРБЕНТАМИ

03.00.15 – генетика

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі медичної генетики Наукового центру радіаційної медицини АМН України (м. Київ) та на кафедрі генетики та біотехнології Львівського національного університету ім. Івана Франка МОН України (м. Львів)

Науковий керівник:

доктор біологічних наук, професор Дуган Олексій Мартем'янович,

Національний технічний університет України „КПІ”, завідувач кафедри промислової біотехнології, декан факультету біотехнології і біотехніки (м. Київ)

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор, Горова Алла Іванівна,

Дніпропетровський гірничий університет МОН України, завідувач кафедри екології,

м. Дніпропетровськ

кандидат біологічних наук, Дибський Сергій Сергійович,

Науковий центр радіаційної медицини АМН України, провідний науковий співробітник лабораторії цитогенетики, м. Київ

Провідна установа:

Київський національний університет ім. Тараса Шевченка МОН України

Захист дисертації відбудеться „ 12 ” квітня 2007 р. о 10 годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.562.02 Наукового центру радіаційної медицини АМН України за адресою: 04050, м. Київ, вул. Мельникова, 53.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Наукового центру радіаційної медицини АМН України за адресою: 04050, м. Київ, вул. Мельникова, 53.

Автореферат розісланий „ 1 ” березня 2007 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради А.В. Стефанович

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Організм людини в умовах довкілля піддається впливу цілого комплексу чинників фізичної, хімічної та біологічної природи. Комбінована та комплексна дія цих факторів на спадковий апарат людини вивчена недостатньо. Не до кінця розроблені методологічні та методичні підходи щодо вирішення цих проблем. Оскільки наявність у зовнішньому середовищі генотоксикантів і постійне розширення їх різноманіття безпосередньо веде до збільшення інтенсивності мутагенного тиску довкілля на популяцію людей, вивчення сумарного мутагенного впливу забруднювачів довкілля на функціонування спадкового апарату є особливо актуальним (Алиев А.Л., Джафаров С.Д., Рустамова А.М. и др., 2002; Бариляк І.Р., Бердишев Г.Д., Бонь О.В., 2001).

На сьогоднішній день не існує універсальної тест-системи, яка одночасно реєструвала би весь спектр генетичних пошкоджень. Це призводить до необхідності використання в роботі по виявленню та оцінці мутагенності комплексу хімічних сполук цілого набору методів. Більшість досліджень у цьому напрямку виконано з використанням лише одного методу, наприклад тесту Еймса (Дуган А.М., 1982; Дуган А.М., 1994; De Marini D.M., Shelton M.L., Patterson K.S., 1995) чи ана-телофазного тесту (Дубинина Л.Г., Дубинин Н.П., 1996; Куринный А.И., 1985) і доволі обмежена кількість робіт, в яких використано цілий комплекс методів з врахуванням реєстрації мутацій на генному та хромосомному рівнях (Стрижельчик Н.Г., 2006). Однак, проведення скринінгу тих чи інших чинників або їх комплексу на здатність індукувати мутації і оцінка їх мутагенної активності є недостатнім на даному етапі. Необхідно шукати шляхи щодо зменшення мутаційного тиску. Це можна здійснити впровадженням ряду антимутагенів, таких як вітаміни (Лазаренко Л.М., Безруков В.Ф., Храпунов С.Н., 1997), продукти бджільництва (Дурнев А.Д., Середенин С.Б., 1998), рослинні екстракти (Порошенко Г.Г., 1995; Рахманин Ю.А., Кушнерова Н.Ф., Гордейчук Т.Н. та ін., 1997), гумінові кислоти (Горова А.І., Скворцова Т.В., 1995) та інші (Брацлавский В.А., 1986).

Майже невивченими в плані зменшення мутагенних ефектів є природні та синтетичні сорбенти, за винятком хіба що активованого вугілля (Noot D.K., Anderson W.D., Daignault S.A. et al., 1989). Разом з тим відомо, що не лише у зв'язку з прямою сорбцією за рахунок своєї структури (система порожнин та каналів), але й іоно-обмінним властивостям природні сорбенти здатні поглинати та/чи зв’язувати радіонукліди, деякі пестициди, важкі метали (Дистанов У.Г., Михайлов А.Г., Конюхова Т.П. и др., 1990; Козуб Ю.Б., Матковський О.І., Сеньковський А.Ю. та ін., 1998; Феношин І.І., Цьонь О.В., Ольховик Ю.О. та ін., 1995).

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота була виконана в рамках планової науково-дослідної теми кафедри генетики та біотехнології Львівського національного університету ім. Івана Франка. А саме, в рамках державної науково-технічної програми “Захист генофонду населення України” (номер держ. реєстрації 1.01.01.), яка включала проект „Вивчення біоакумуляції мутагенів і промутагенів в організмі риби при її штучному розведенні в промислових масштабах” (номер держ. реєстрації 1.01.01./048-93, шифр Бг-668Д), проект „Вивчення впливу мутагенних і канцерогенних факторів фізичного та хімічного забруднення навколишнього середовища на генетичну безпеку в Західному регіоні України” (номер держ. реєстрації 1.01.01./3252-092, шифр Бг-619Д). Частина досліджень були проведені в рамках проекту “Створення системи генотоксикологічних досліджень для оцінки мутагенного фону навколишнього середовища” (2000-2002 р.р.).

Мета роботи - встановлення закономірностей прояву мутагенної активності антропогенних забруднень стічних вод в різних галузях промисловості, води з артезіанських свердловин та питної води при різних системах знезараження.

Для реалізації зазначеної мети були поставлені наступні завдання:

1) виявити і оцінити за допомогою різних тест-систем здатність зразків стічних вод різних галузей промисловості (вугільної, нафтопереробної, хімічної) індукувати генні і хромосомні мутації;

2) дослідити і оцінити еколого-генетичний стан водойм Львівщини, в які потрапляють стічні води промислових підприємств;

3) виявити і оцінити сумарну мутагенну активність зразків води в технологічному ланцюгу водопідготовки на Львівському водопроводі та станціях санітарної водопідготовки на Львівській залізниці:

оцінити сумарну мутагенність -

а) зразків підземних вод, які є єдиними джерелами водопостачання питної води м. Львова;

б) зразків питних вод Львівського міського водопроводу;

в) зразків питних вод на станціях санітарної водопідготовки на Львівській залізниці;

4) виявити та оцінити ефективність використання деяких природних та синтетичних сорбентів для зменшення сумарної мутагенності поллютантів питної води.

Об'єкт дослідження – індукція мутацій у різних біологічних системах екзогенними факторами довкілля.

Предмет дослідження – кількість генних мутацій, хромосомних аберацій, соматичних мутацій і рекомбінацій, домінантних летальних мутацій; зниження рівня мутагенної дії водних зразків за допомогою сорбентів.

Методи дослідження. В роботі застосована система тестів, яка включала тест Еймса- Salmonella /мікросоми ссавців, метод індукції соматичних мутацій і рекомбінацій у дрозофіли, ана-телофазний аналіз у меристемних клітинах корінців Allium cepa L., облік домінантних летальних мутацій (ДЛМ) на Drosophila melanogaster. Така система тестів була підібрана з врахуванням різноманітності біологічних тест-об'єктів: прокаріоти та еукаріоти – тварини і рослини та можливістю фіксації різних типів мутацій (генні та хромосомні).

Статистичний аналіз отриманих результатів проводили за допомогою методу множинних порівнянь за Даннетом та t критерію Стьюдента.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше вивчені мутагенні ефекти стічних вод з підприємств Львівщини, що належать до різних галузей виробництва (вугільної, нафтопереробної, хімічної) та встановлені закономірності прояву цих ефектів.

Вперше проаналізована сумарна мутагенна активність водойм Львівщини з різним рівнем антропогенного навантаження. Вивчені сумарні мутагенні ефекти води з Львівського водопроводу на різних етапах водопідготовки (з артезіанських свердловин, хлораторних помпових станцій, водорозподільної мережі).

Вперше встановлені закономірності прояву мутагенних ефектів питної води зі станцій санітарної водопідготовки Львівської залізниці залежно від джерела водопостачання (артезіанські свердловини, ріки) та способу знезараження (рідкий хлор, хлорне вапно, ультрафіолетове опромінення).

Вперше використані природні та синтетичні сорбенти для зниження мутагенної активності хлорорганічних сполук. Встановлені закономірності зменшення мутагенних рівнів (на 40 – 100%) хлороформу – основного полютанту, який утворюється при хлоруванні води після добової експозиції з природними (глауконіт, трепел, цеоліт) та синтетичними (АВ-178 і КУ2-8) сорбентами. Виявлено, що застосування природного сорбенту глауконіту здатне призводити до зниження або зняття мутагенної активності типових полютантів питної води хлорорганічної природи, а саме хлороформу, чотирихлористого вуглецю, 1,2-дихлоретану.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати можуть бути використані як базові дані для проведення багаторічного еколого-генетичного моніторингу територій, а також при розробці нових підходів щодо очистки стічних вод та покращення якості питної води з використанням природних та штучних сорбентів.

Матеріали були представлені Державному управлінню екологічної безпеки у Львівській області. Їх можна використати при опрацюванні науково-обгрунтованих рекомендацій для прийняття ефективних управлінських рішень з охорони навколишнього середовища, а також при уточненні та встановленні екологічних нормативів.

Результати дисертаційної роботи використовуються в курсі лекцій та науково-дослідній роботі кафедри екологічної токсикології та хімії Державного інституту підвищення та перепідготовки кадрів Мінекобезпеки України (ДІПК) та впроваджені в навчальний процес та наукову роботу кафедри генетики та біотехнології Львівського національного університету імені Івана Франка.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок автора в отриманні наукових результатів, викладених в дисертації, є основним і полягає у підборі та опрацюванні літературних джерел, плануванні експерименту, відборі і підготовці зразків вод, проведенні експериментів, статистичній обробці даних. Аналіз одержаних результатів та їх інтерпретацію проведено спільно з науковим керівником1.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати дисертаційної роботи доповідали на засіданні Львівського відділення Українського молекулярно-біологічного товариства (Львів, 2001). Матеріали роботи були представлені на: V та VI Всеукраїнських студентських наукових конференціях (Донецьк, 1995, 1996), II та ІІІ з'їздах медичних генетиків України (Львів, 1995, 2002), міжнародних конференціях “Партнерство в охороні навколишнього середовища” (Вроцлав, 1996), “Питання біоіндикації та екології” (Запоріжжя, 1998), “Ксенобіотики та живі системи” (Мінськ, 2000), VIII конгресі світової федерації Українських лікарських товариств (Львів, 2000), конференції “Екологічна токсикологія на порозі XXI століття (Київ, 1997) та на конференціях з генетики та молекулярної біології (Львів, 2000, Київ, 2001), ІІІ з'їзді Українського біофізичного товариства (Львів, 2002), міжнародній конференції, присвяченій пам'яті професора І.В.Шостаковської (Львів, 2002), міжнародній науково-практичній конференції „Динаміка наукових досліджень” (Дніпропетровськ, 2002), міжнародній конференції „Екологічні проблеми міст і промислових зон: шляхи їх вирішення” (Львів, 2003), міжнародній науково-практичній школі для молодих вчених і спеціалістів „Природні екосистеми Карпат в умовах посиленого антропогенного впливу” (Ужгород, 2001).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 25 наукових праць, з них 5 статей у провідних фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи. Робота викладена на 159 сторінках і складається зі вступу, огляду літератури, матеріалів та методів, результатів досліджень (представлених у 3 підрозділах), заключення, висновків, списку використаних джерел (125 найменувань, з них – 42 латиницею). Дисертація містить 42 таблиці, проілюстрована 40 рисунками.

_________________________________

1 – автор висловлює щиру подяку доценту кафедри генетики та біотехнології Львівського національного університету імені Івана Франка Боднар Лідії Степанівні за консультативну допомогу та створення атмосфери сприяння плідної творчої праці в процесі підготовки дисертації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали дослідження. Матеріалом для генотоксичних досліджень служили зразки стічних вод з підприємств хімічної, нафтопереробної промисловостей, шахтні води та зразки води, відібрані з рік, куди потрапляють ці стоки. Матеріалом для досліджень мутагенних фонів питної води служили зразки води, відібрані на різних етапах водопідготовки на Львівському водопроводі та станціях санітарної водопідготовки на Львівській залізниці.

Досліджували мутагенну активність хлороформу (трихлометан), чотирихлористого вуглецю (тетрахлорметан), 1,2-дихлоретану та трихлороцтової кислоти, які є типовими хлорорганічними забрудниками питної води. Концентрації розчинів були підібрані у відповідності до довідкових даних про гранично допустимі концентрації (ГДК) цих речовин для питної води. Для експериментальних досліджень готували розчини при концентрації 1 ГДК, 10 ГДК і 100 ГДК.

Досліджували можливість використання ряду сорбентів природного та синтетичного походження для зниження мутагенної активності побічних продуктів хлорування, зокрема глауконіт, іоно-обмінні смоли, цеоліт, трепел та активоване вугілля. Для цього проводили експозицію розчинів хлорорганічних сполук з вказаними сорбентами. Кількість сорбентів становила 5% і 10% від маси зразка.

Використані еталонні мутагени: азид натрію (10 мкг/чашку), біхромат калію (200 мкг/чашку), циклофосфамід (200 мкг/чашку), бензидин (200 мкг/чашку), а також розчин рубоміцину (300 мкг/мл).

Методи дослідження. В роботі застосована система тестів, яка включала тест Еймса- Salmonella /мікросоми ссавців (штами Salmonella typhimurium ТА 98 і ТА 100), ана-телофазний аналіз у меристемних клітинах корінців Allium cepa L., (цитогенетичні дослідження), облік домінантних летальних мутацій (ДЛМ) на Drosophila melanogaster (використані лінії дикого типу Canton-S, Oregon), метод індукції соматичних мутацій і рекомбінацій у дрозофіли (проводили на двох системах схрещувань – мозаїчних системах y + + / + w sn і y w ct f / + + + +).

Статистичний аналіз отриманих результатів проводили за допомогою методу множинних порівнянь за Даннетом та t критерію Стьюдента.

Результати досліджень. Мутагенна активність стічних вод та її вплив на природні водойми. Результати вивчення мутагенної активності зразків стічних вод і їх впливу на водойми представлені в таблиці 1.

Як видно з таблиці, зразки шахтних вод (№1 у табл.1) виявилися інертними щодо індукції хромосомних аберацій і соматичних мутацій та рекомбінацій, однак вони здатні індукувати генні мутації у S. typhimurium і негативно впливати на мітотичну активність клітин A. сepa. Зразки вод з

Таблиця 1

Мутагенна активність зразків води з рік та стічних вод з промислових підприємств Львівської області

№

п/п |

Зразок | Тест система

S. typhimu-

rium

(тест Еймса) | A. cepa

(ана-тело-фазний аналіз) | A. cepa

(міто-тична актив-ність) | D. melano-gaster (соматич. мут. і рекомбі-нації) | D . melano-gaster (ДЛМ)

ТА 98 | ТА 100

Вугільна промисловість:

1. | Шахти Львівсько-Волинського вугільного басейну | + | + | - | інг. | - | 0

2. | р. Західний Буг | + | + | + | інг., акт. | + | -

3. | р. Солокія | - | + | + | акт. | + | -

4. | притока р. Солокія | - | + | 0 | 0 | - | 0

Хімічна промисловість:

5. | ВАТ ”Сокальський завод хімволокна” | 0 | 0 | + | інг. | 0 | 0

6. | Бориславське ВТП “Галлак” | + | + | + | 0 | 0 | -

7. | ВАТ “Оріана”, м. Калуш | + | + | + | 0 | 0 | 0

8. | р. Сівка | - | - | + | 0 | 0 | 0

Нафтопереробна промисловість:

9. | АТ НПК “Галичина” | + | + | + | інг. | - | +

10. | р. Тисмениця | + | + | + | інг. | - | 0

11. | р. Раточина | + | + | 0 | 0 | 0 | 0

Примітки : “+” – наявність мутагенного ефекту;

“-” – відсутність мутагенного ефекту;

“інг.” – інгібуючий вплив;

“акт.” – активуючий вплив;

“0” – дослід не проводили.

поверхневих водойм (Західний Буг), в які потрапляють стічні води вугільної промисловості, проявили мутагенну активність на всіх використаних тест-системах за винятком тесту на ДЛМ. Зразки з річки Солокія та притоки р. Солокія індукували генні мутації на тест-штамі ТА 100, хромосомні аберації, соматичні мутації і рекомбінації.

За даними санітарної служби, хімічна промисловість та суміжні галузі дають близько 79% небезпечних відходів (епоксиди, етиленаміни, алкілсульфати, лактони, сульфони та інші). Отже, незважаючи на специфіку виробництва (хімволокно, лако-фарбові вироби, вінілхлорид, каустична сода,

мінеральні добрива) зразки стоків всіх підприємств хімічної промисловості (№№ 5-7 з табл. 1) показали високу мутагенну активність, яка проявлялася в

індукції генних мутацій (№№ 6,7), хромосомних аберацій (№№ 5-7) та

пригнічували проліферацію клітин (№5). Однак, мутагенність зразків води з водойм, куди потрапляють стоки з хімічного виробництва (№8 з табл.1), виявлена лише при вивченні хромосомних аберацій.

Не менш небезпечними у мутагенному відношенні є стічні води з підприємства нафтопереробної промисловості Львівщини (№9, табл. 1). Зразки цих стічних вод володіли мутагенною активністю на всіх тест-системах, за винятком методу соматичних мутацій і рекомбінацій. Зразки води з природних водойм, куди потрапляють стоки АТ НПК “Галичина” теж володіють мутагенною активністю у тесті Еймса (№10,11) і на А.сера (№10).

Зразки стічних вод з вищезазначених підприємств та поверхневих вод, куди потрапляли ці стоки, порушували мітотичу активність меристеми первинних корінців A. cepa та нормальний розподіл клітин за фазами мітозу. Так, зразки всіх видів стоків інгібували мітотичну активність у А.сера., однак зразки води з річок Західний Буг та Солокія, навпаки, активували процес проліферації клітин, що проявлялося збільшенням кількості клітин, які вступають у поділ. Таке збільшення може свідчити про наявність в цих зразках канцерогенів. Аналіз фазових індексів кожної з фаз мітозу показав, що спільним для цих зразків є зменшення кількості клітин на стадії анафази (АЗах. Буг= 0,77% при 1,58% в контролі; АСолокія = 0,73% при 1,37% в контролі). Щодо зразків з р. Тисмениця, то вони інгібували процес поділу клітин, про що свідчило зменшення мітотичного індексу (МІ=903‰ при 952‰ в контролі). Характер реакції проліферуючих клітин А. сера на дію екотоксикантів залишався, як правило, незмінним. Мітотична депресія виражалась, як у функціональній блокаді веретена поділу, що зумовлювало збільшення кількості метафазних клітин, так і в порушенні процесу цитокінезу, що сприяло нагромадженню телофаз.

Таким чином, стічні води з підприємств різних галузей виробництва володіють широким діапазоном генотоксичних ефектів і негативно впливають на стан поверхневих вод, куди потрапляють стоки. Мутагенне навантаження на поверхневі та ґрунтові води, які є джерелами водопостачання, не може не впливати на якість питної води. Тому наступним етапом нашого дослідження було вивчення сумарної мутагенної активності зразків води різних етапів водопідготовки на Львівському водопроводі.

Вплив системи водопідготовки на мутагенність питної води. На рис. 1 представлено мутагенну активність зразків води з технологічного ланцюга водопідготовки на Львівському водопроводі.

Зразки питної води, відібрані з артезіанських свердловин (№№ 1-5), не індукували генні мутації у S. typhimurium, що свідчить про відсутність мутагенного ефекту. Хлорування води з метою дезінфекції (№6) в окремих випадках приводило до підвищення кількості ревертантів. Такий ефект спостерігали лише при сконцентруванні зразків в 25000 разів. Даний зразок збільшував кількість ревертантів в 4,7 рази на ТА98, що свідчить про його слабку мутагенну активність. Генетичні ефекти хлорованої води можна пояснити утворенням хлорорганічних сполук, які мають місце в результаті реакції хлору з гуміновими кислотами та фульвокислотами, і значною кількостю летких тригалометанів. Зразки питної води, відібрані на наступних етапах водопідготовки аж до надходження води в мережу, не виявили мутагенного ефекту (№№ 7-10).

Газохроматографічний аналіз зразків хлорованих вод показав наявність в них хлороформу, який був відсутнім у нехлорованих зразках. Відомо, що хлороформ має канцерогенні властивості, він може викликати ракове ураження печінки та сечового міхура. Тому наступним етапом наших досліджень було вивчення рекомбіногенних властивостей питної води, яка пройшла знезараження рідким хлором, на D. melanogaster. Результати представлені у таблиці 2.

Максимальна кількість мозаїків зафіксована при експозиції зразком води з п/с Глинна Наварія. Зразки з п/с Карачинів та Винники індукували підвищений вихід мутантів, проте такі зміни не були достовірними. У гетерозиготних самок найчастіше реєстрували мутантні ознаки ct і f, які фенотипово проявляються як обрізаний край крила і вилчасті щетинки. Виявлені цим тестом ефекти свідчать про можливу канцерогенну властивість зразків води з хлораторних станцій.

Потрібно відмітити, що після проходження шляху від хлораторних помпових станцій до водорозподільної мережі міста мутагенність води втрачається. Не виявили здатності індукувати генні мутації в тесті Еймса й сконцентровані зразки питної води, відібрані в різних мікрорайонах м. Львова.

Таблиця 2

Індукція генотоксичних ефектів в соматичних клітинах D. melanogaster при дослідженні зразків питної води

Зразок | Загальна кількість проаналізова-них самок | Кількість соматичних

мозаїків | % соматичнихмозаїків P±mp | t | P

П/с Карачинів | 963 | 7 | 0,7 ± 0,27 | 1,14 | > 0,05

Рясне (вод. кр.) | 990 | 4 | 0,4 ± 0,20 | 0,35 | > 0,05

П/с Гл. Наварія | 1073 | 20 | 1,9 ± 0,42 | 3,13 | < 0,05

П/с Винники | 882 | 6 | 0,7 ± 0,28 | 1,17 | > 0,05

Контроль | 772 | 2 | 0,3 ± 0,20

Майорівка (вод. кр.) | 819 | 11 | 1,3 ± 0,4 | 1,48 | > 0,05

Сихів (вод. кр.) | 998 | 5 | 0,5 ± 0,22 | 0,29 | > 0,05

Збойск (вод. кр.) | 1018 | 6 | 0,6 ± 0,24 | 0,00 | > 0,05

Центр (вод. кр.) | 838 | 5 | 0,6 ± 0,27 | 0,00 | > 0,05

Контроль | 947 | 6 | 0,6 ± 0,25

Примітка: вод.кр. – водопровідний кран

Динаміка сезонної зміни мутагенної активності зразків хлорованих вод з Львівського водопроводу в ана-телофазному тесті на A. cepa представлена на рис. 2. Як видно з рисунку, найбільш активними у генетичному відношенні були зразки, відібрані весною або восени. Три зразки проявили мутагенний ефект (№№ 1, 2 і 4 весняні і 1,2,5 –осінні).

Таким чином, можна зробити висновок про те, що вода із артезіанських свердловин, з генетичної точки зору, є якісною. Хлорування води з метою знезараження призводить до утворення мутагенних сполук, здатних викликати як генні, так і хромосомні аберації, а також приводити до рекомбіногенних ефектів.

Виявлення генотоксичних ефектів зразків питної води при інших способах знезараження питної води (хлорне вапно, рідкий хлор, а також ультрафіолетові промені), які застосовуються в Західному регіоні України, показало, що незалежно від способу знезараження та очищення, джерела водопостачання, місця відбору зразків, жодна із проб з розвідної мережі не індукувала мутагенних ефектів на S. typhimurium, однак в тесті на A. cepa (рис. 3) показано, що, по-перше, мутагенність питної води у більшій мірі виявляється у тих випадках, коли у якості дезінфектанту використовується хлорне вапно у порівнянні з рідким хлором (рис. 3, №№ 1 і 5 відповідно); по-друге, хлорування саме поверхневих вод призводить до утворення мутагенних сполук (№ 5), тоді як зразки води зі свердловин (№ 2) не є мутагенними; по-третє, вода з артезіанских свердловин, в окремих випадках, може бути мутагенною (№№ 3,4).

Використання природних та штучних сорбентів для корекції мутагенних фонів полютантів питної води. Першим етапом у цьому завданні було визначення мутагенності найбільш розповсюджених хлорорганічних полютантів, які містяться у питній воді: хлороформу, чотирихлористого вуглецю, 1,2-дихлоретану і трихлороцтової кислоти (у концентраціях, які відповідають 1ГДК, 10 ГДК, 100ГДК). Виявлено, що найбільш виражений мутагенний ефект спостерігався при дослідженні розчинів чотирихлористого вуглецю (перевищення контрольних значень у 22,2 рази), для хлороформу перевищення становило 9,8 рази, для 1,2-дихлоретану – 6,6 рази, для трихлороцтової кислоти – 3,5.

Серед сорбентів нами вибрані глауконіти. Встановлено, що глауконіт є активним поглиначем радіонуклідів, важких металів, органічних сполук. В дослідах використовували незбагачену і неактивовану породу - глауконітоліт з вмістом глауконіту приблизно 60%. Використовували сорбенти в концентраціях 5 і 10% від маси розчину. Найкраще глауконіти знімали мутагенну активність розчинів дихлоретану, хлороформу (рис. 4,5).

У випадку чотирихлористого вуглецю позитивні ефекти отримані нами лише при використанні 10% вмісту глауконітів. Проте не спостерігали достовірного зниження мутагенної активності модельних розчинів трихлороцтової кислоти.

Досліджено також вплив інших сорбентів на хлороформ. Серед природних сорбентів ми вибрали трепел, цеоліт, активоване вугілля, а серед синтетичних – іонообмінні смоли АВ-178 і КУ2-8 у співвідношенні 1 : 1. Отримані нами результати свідчать про те, що повністю мутагенні ефекти хлороформу усуваються при експозиції з цеолітами. Абсолютно неефективним щодо зняття мутагенної активності виявився трепел. Активоване вугілля та іонообмінні смоли зменшують мутагенність хлороформу в концентрації 0,06 мкг/мл, що відповідає гранично допустимій концентрації його у питній воді. Концентрація сорбентів 10% від маси розчину виявилась ефективнішою в плані зменшення мутагенної активності хлороформу. Зокрема, це стосується таких сорбентів як активоване вугілля, трепел, іонообмінні смоли. Так, при концентрації 10%, активоване вугілля знімало мутагенність розчину хлороформу в концентрації рівній 1 ГДК. Трепели на порядок знижували кількість колоній-ревертантів, індукованих при даній концентрації хлороформу.

На штамі ТА-100 S. typhimurium хлороформ проявив мутагенну активність лише в найвищій концентрації – 100 ГДК. Як і у випадку штаму ТА-98 найкращу здатність усувати мутагенну активність серед досліджуваних нами сорбентів, показали цеоліти. Трепел та іонообмінні смоли знімали мутагенну активність хлороформу при їх вмісті в розчинах 10%. Що стосується активованого вугілля, то жодна із концентрацій сорбентів не була ефективною в плані зняття мутагенних ефектів хлороформу.

При метаболічній активації комплексом цитохрому Р 450 з хлороформу утворюється вільний радикал СН2Cl?, який зумовлює реакції перекисного окислення. Завдяки ліпофільній природі хлорорганічні сполуки легко проникають в клітину, а реакції перекисного окислення пошкоджують різноманітні клітинні системи, також безпосередньо і опосередковано діючи на молекули ДНК. З огляду на це, нами проведені дослідження мутагенної активності хлороформу в тесті Еймса з додаванням мікросомної фракції S-9 печінки щурів.

При метаболічній активації на обох тестерних штамах S.typhimurium хлороформ в досліджуваних концентраціях проявив мутагенні ефекти середньої сили. Добова експозиція розчинів хлороформу з цеолітами, іонообмінними смолами та активованим вугіллям призводила до зменшення мутагенних ефектів. Найбільше зменшення мутагенності ми отримали при застосуванні в якості сорбентів цеолітів. При 10% вмісті цеоліту спостерігали зменшення кількості колоній ревертантів тестерного штаму ТА-98 в 3,5-4,5 рази. Ефективність корекції мутагенних фонів залежала від концентрації хлороформу (при менших концентраціях вона була вищою) та процентного вмісту сорбентів (збільшення кількості сорбентів сприяло зменшенню мутагенності). Виходячи з отриманих результатів, трепел, як і у випадку досліджень без додавання фракції S-9, не впливав на мутагенну активність розчинів хлороформу.

Отже, найефективнішими сорбентами для зниження мутагенних фонів хлороформу виявилися цеоліти та іонообмінні смоли, дещо знижують генотоксичний ефект такі природні сорбенти, як глауконіт та активоване вугілля.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі здійснено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукового завдання – проведення комплексного генетичного скринінгу стічних вод підприємств різних галузей, їх вплив на мутагенне забруднення природних водойм, а також оцінка мутагенності зразків води на різних етапах технологічного ланцюга водопідготовки на Львівському водопроводі і станціях санітарної водопідготовки на Львівській залізниці. Запропоновані природні та синтетичні сорбенти для зниження мутагенної активності деяких полютантів питної води.

1. Виявлено, що шахтні води з Львівсько-Волинського басейну індукують генні мутації у Salmonella typhimurium за механізмами заміни пар основ та зсуву рамки зчитування. Кількість колоній ревертантів перевищувала контрольні показники в 1,2-3 рази. Не виявлено індукції хромосомних аберацій на Allium cepa та соматичних мутацій на Drosophila melanogaster, експонованих шахтними водами, проте зафіксовано інгібування проліферації клітин у Allium cepa. Стоки з підприємств хімічної та нафтопереробної промисловості індукували як генні мутації, так і хромосомні аберації, інгібуюче впливали на проліферацію клітин і не індукували домінантних летальних мутацій у Drosophila melanogaster. Показано, що очисні споруди не забезпечують повної нейтралізації стічних вод від мутагенних сполук.

2. Зафіксовано мутагенні фони води з природних водойм, в які надходять стічні води промислових підприємств. Найвищу генотоксичну активність показали зразки води, взяті з рік Західний Буг, Солокія, Тисмениця (перевищення спонтанного рівня мутування в тесті Еймса в 2,2-2,9 рази). Виявлена індукція як генних мутацій, так і хромосомних аберацій та соматичної рекомбінації. Серед хромосомних аберацій в основному фіксували мутації хроматидного типу (одиночні мости та одиночні фрагменти), які характерні для дії мутагенів хімічної природи. Виходячи з даних аналізу індукції соматичних мутацій і рекомбінації, деякі хімреагенти, присутні у зразках є потенційними канцерогенами.

3. Вода з артезіанських свердловин до введення дезінфектантів не має мутагенної активності. Знезараження води шляхом введення зрідженого хлору та його сполук призводить до індукції генних мутацій, що проявляється збільшенням кількості ревертантів в 2,6-4,7 рази, індукції хромосомних мутацій в 1,7-4,7рази та соматичної рекомбінації в 6,3 рази. Газохроматографічний аналіз показав наявність у хлорованій воді високої концентрації хлороформу (14-54 ГДК), який є одним з найрозповсюдженіших побічних продуктів хлорування питної води.

4. В тесті Еймса виявлена мутагенність слабої і середньої сили розчинів типових полютантів питної води хлорорганічної природи: хлороформу, чотирихлористого вуглецю, дихлоретану і трихлороцтової кислоти в концентраціях рівних 1, 10 і 100 ГДК. Найбільший мутагенний ефект спостерігається у розчинів чотирихлористого вуглецю, найменший - у розчинів дихлоретану. Для хлороформу, чотирихлористого вуглецю і дихлоретану відмічений доза-залежний ефект.

5. Після експозиції з природним сорбентом глауконітом виявлено зниження мутагенної активності розчинів хлороформу, чотирихлористого вуглецю у концентраціях 10 ГДК (0,6 мкг/мл і 3,0 мкг/мл, відповідно). У розчинів дихлоретану зниження рівня мутагенності спостерігалося при перевищенні гранично допустимої концентрації у 10-100 разів (20 мкг/мл і 200 мкг/мл). Після експозиції з глауконітом мутагенна активність розчинів трихлороцтової кислоти не знижувалась.

6. Показана доцільність використання ряду інших природних (трепел, цеоліти, активоване вугілля) та синтетичних (іонообмінні смоли АВ-178 і КУ2-8) сорбентів для зниження мутагенних фонів хлороформу в тесті Еймса. Зниження мутагенної активності хлороформу після добової експозиції з сорбентами проявлялося таким чином: цеоліти – 90-100%, іонообмінні смоли - 70-80%, активоване вугілля – 60-70%, трепел - 40-45%.

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10. Боднар Л.С., Мацях А.В., Сліпецький Р.В. Вивчення рівня генотоксичності водоймищ Львівської області поблизу деяких промислових підприємств // Тезисы докладов V Всеукр. студ. научной конференции 18-20 апреля 1995 г. – Донецк, -- 1995 – С.26.

11. Боднар Л.С., Беляєва В.В., Сліпецький Р.В., Мацях А.В. Вивчення рівня генотоксичності деяких промислових районів Львівської області // Матеріали ІІ з”їзду мед. генетиків України 18-20 жовтня 1995р. – Львів, -- 1995 – С. 21-22.

12. Боднар Л.С., Мацях А.В., Беляєва В.В. Антропогенне забруднення води поблизу деяких промислових районів Львівської області // Тезисы докладов VІ Всеукр. студ. научной конференции. – Донецк, -- 1996 – С.27.

13. Bodnar L.S., Maciach A.V., Bielajawa W.W. Odrady przemyslowe jako miejsce akumulacji mutagenov w srodowisku // Konfer. „Partnerstwo w ochronie srodowiska”. – Wroclaw, -- 1996 – P.3.

14. Мацях А.В., Боднар Л.С., Дуган О.М. Мутагенність питної води із артезіанських свердловин Львівського водопроводу // Тези міжнар. конфер. „Питання біоіндикації та екології” 21 – 24 вересня 1998 р. – Запоріжжя. – 1998. – С.182.

15. Fedynyak A.V., Bodnar A.B. Mutagenicity of drinking water at different sources of water delivery // Conference on genetics and molecular biology 20 – 22 of April, 2000. – Lviv. – 2000. – P.38.

16. Мацях А.В., Дуган О.М., Бариляк І.Р., Боднар Л.С. До питання про еколого-генетичні дослідження питної води з артезіанських свердловин // Матеріали VIII Конгресу світової федерації УЛТ – Львів. – 2000. –С. 427

17. Боднар Л.С., Федыняк А.В., Рябова Е.Б., Борисов В.П. Мутагенная активность ксенобиотиков, образующихся при хлорировании питьевой воды // Тезисы междунар. научн. конф. “Ксенобиотики и живые системы” -- Минск -- 2000. -- С.13.

18. A.Fedynyak, O.Krutyak, O.Holubets Drinking water should not negatively influence the human health // Abstracts book conf. on molecular biology and genetics – Kyiv -- 2001. -- P.142.

19. Боднар Л.С., Голубець О.Б., Крутяк О.Р., Фединяк А.В. Вивчення сумарних мутагенних фонів питної води та доцільність застосування різних сорбентів для їх зняття // Матеріали ІІІ з’їзду медичних генетиків України.-- Львів,-- 2002.-- С.90.

20. Фединяк А.В., Боднар Л.С., Голубець О.Б., Крутяк О.Р., Ревега О.М. Природні та синтетичні сорбенти, як коректори мутагенних властивостей // Тези ІІІ з’їзду Українського біофізичного товариства. --Львів, -- 2002.-- С.148.

21. Бондар Л.С., Фединяк А.В., Беляєва В.В., Голубець О.Б. Застосування вітчизняних природних сорбентів для зняття сумарних мутагенних фонів хлорованої питної води // Міжнародна науково-практична конференція ”Динаміка наукових досліджень” присвячена до дня заснування екологічної організації “Грінпіс”. – Дніпропетровськ – 2002. -- С.8-9.

22. Голубець О.Б., Крутяк О.Р., Фединяк А.В., Боднар Л.С. Вивчення сумарних мутагенних фонів питної води та доцільність застосування різних сорбентів для їх зняття // Матеріали міжнародної конференції присвяченої пам’яті професора І.В.Шостаковської. -- Львів.-- 2002. -- С.97.

23. Фединяк А., Боднар Л., Ревега О., Дубовицька М. Мутагенність стічних вод з підприємств різних галузей виробництва та їх вплив на стан річок Львівщини // Матеріали доповідей міжнародної конференції “Екологічні проблеми міст і промислових зон: шляхи їх вирішення” -- “Сполом” -- Львів.-- 2003.-- С.142-145.

24. Фединяк А., Боднар Л., Ревега О., Крутяк О., Голубець О. Використання природних сорбентів для зняття мутагенних фонів питної води // Матеріали доповідей міжнародної конференції “Екологічні проблеми міст і промислових зон: шляхи їх вирішення” -- “Сполом” -- Львів. -- 2003. – С. 145 -148.

25. Фединяк А.В., Боднар Л.С., Бєляєва В.В., Голубець О.Б. Використання природних сорбентів для усунення мутагенних фонів хлорованої води // Довкілля та здоров’я –2003.-- №2(25). -- С. 70-71.

АНОТАЦІЯ

Фединяк А.В. Генетичні ефекти поверхневих і підземних вод Львівщини та корекція мутагенних фонів природними або синтетичними сорбентами. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.15 – генетика. – Науковий центр радіаційної медицини АМН України, Київ, 2007.

Дисертація присвячена вивченню сумарної мутагенної активності стічних, поверхневих та підземних вод Львівщини. Виявлено, що шахтні води та стоки підприємств нафтопереробної і хімічної промисловостей володіють мутагенними ефектами. Зразки води з поверхневих водойм, куди потрапляють стічні води теж здатні індукувати генні та хромосомні мутації, соматичну рекомбінацію. Дослідження мутагенності води на різних етапах водопідготовки Львівського водопроводу та станціях санітарної водопідготовки Львівської залізниці показали, що вода з артезіанських свердловин не володіє мутагенними ефектами. Введення хлору чи його сполук з метою дезінфекції приводить до індукції мутацій різного типу.

Показано, що добова експозиція