В чем преимущества и недостатки использования клеток микроорганизмов для генетического анализа? Дать суть методов генетического мониторинга с помощью микроорганизмов.
Суть метода
Используются штаммы бактерии, уже имеющие мутации по определенным генам. Мутации, индуцированные тестируемым веществом, так называемые обратные мутации, выявляются в результате роста таких ревертантных бактерий с образованием колоний в соответствующей селективной среде. Бактериальные тесты могут быть использованы для выявления мутагенных метаболитов в биологических жидкостях (например, в моче, цельной крови, плазме) животных или людей, подвергшихся воздействию химических факторов.
Наиболее часто используются E.coli и Salmonella typhimurium
Преимущества:
Легкость культивирования в лабораторных условиях,
Короткий жизненный цикл,
Возможность работать с большими популяциями клеток (статистика).
Разработан широкий арсенал методов, позволяющих изучать летальные и генетические эффекты, а также механизмы биологического действия повреждающих агентов.
Недостатки:
Не существует надежной количественной связи между способностью повреждающего агента индуцировать мутации у бактерий с развитием повреждений ДНК у животных и человека.
Не способны выявлять химические вещества, вызывающие рак не в результате повреждения ДНК, а посредствам других механизмов, которые еще плохо изучены.
Несмотря на указанные ограничения, тесты на бактериях в высшей степени пригодны в качестве первичной оценки мутагенных и канцерогенных эффектов, а также при анализе аддитивности, синергизма и антагонизма комбинированных воздействий факторов физической и химической природы.
Тест Эймса
Для создания тест-системы Эймсом и его сотрудниками были сконструированы специальные штаммы бактерий Salmonella typhimurium, у которых были выделены ауксотрофные (не способны синтезировать) по гистидину мутанты.
На основе штаммов сальмонеллы были созданы полуколичественные и количественные тесты для оценки мутагенной активности.
Суть метода Эймса заключается в регистрации способности испытуемого соединения и (или) его метаболитов индуцировать генные мутации у индикаторных микроорганизмов в системе метаболической активности in vitro.
Метаболитом выступает печень крысы, подвергшейся воздействию неблагоприятных факторов
Мутации, индуцируемые веществом, выявляются в результате роста бактерий на среде без гистидина
Составить схему отбора проб воды в локальных водоемах для импактного мониторинга предприятия.
Импактный мониторинг - это система наблюдений оценки состояния, прогноза изменений и прогнозируемого состояния природной среды в особо опасных зонах и точках. В систему импактного мониторинга включаются территории, на которых размещены источники опасного и особо опасного воздействия на окружающую среду и человека.
Объектами локального мониторинга водоемов могут служить поверхностные, сточные, почвенно-грунтовые, подземные воды. Рассмотрим организацию наблюдений за загрязнением поверхностных вод:
-для этого необходимо провести отбор репрезентативных проб воды из исследуемого водоема
Степень,до которой одиночную малую пробу можно считать характерной для большой водной массы ,зависит от следующих факторов:
-однородность отбираемой водной массы
-количества точек пробоотбора
-размера отдельных проб
-способа отбора почв
-пробы могут быть простыми и смешанными, отбор можно проводить разово или регулярно
Регулярный отбор проб проводят с целью получения информации о пространственно-временных характеристиках состава и свойств воды.
Нерегулярный отбор проб проводят при необходимости определения возможных или ожидаемых изменений характеристик состава и свойств воды (при аварийных ситуациях, залповых выбросах загрязняющих веществ и т.д.).
-пробы обычно отбирают с глубины 20-30 см от поверхности. Объем проб может варьировать от 1-2 до 15-20 л и более
-к биологическому анализу приступают немедленно, хранить пробы воды допускается не более суток в холодильнике
Также можно, пользуясь методом Вудивисса и методом сапробности , производить пробоотбор.
Например принцип предложенного метода (Вудивисса) состоит в том, что определение биотического индекса по системе Ф. Вудивиса ведется по рабочей шкале, в которой использована наиболее часто встречаемая последовательность исчезновения индикаторных организмов зообентоса по мере увеличения загрязнения.
Отбор проб для анализа требует соблюдения следующих правил.
1. Отлов животных для анализа проводится специальным сачком-скребком в зоне погруженных в воду растений. Для этого совершается несколько плавных движений сачком-скребком с захватыванием ила со дна. Общее время сбора одной пробы — 1 мин.
Содержимое сачка-скребка тщательно промывается от ила в воде того же пруда. Отмытое содержимое можно индентифицировать на берегу водоема или, что более удобно для дальнейшего анализа, пробы доставляют в лабораторию.
2. Необходимо либо непосредственно на берегу водоема, либо в лаборатории осмотреть несколько экземпляров мягкой растительности, чтобы выявить прикрепленные формы зообентоса или зашедшие вглубь растения, а также обитателей корневой системы.
Однако специально количественный анализ фитофильной макрофауны при контроле качества вод не производится.
3. Отбор проб производят в нескольких точках,сходных по экотопу.
Дальнейшие процедуры определения качества воды проводятся в лаборатории. Стандартную разборку бентосных организмов проводят согласно табличным данным, пользуясь определителями. Устанавливают общее число присутствующих групп для той или иной «точки» в водоеме. Зная эту величину, по таблице спускаются вниз от личинок веснянок до олигохет и находят величину биотического индекса данной точки водоема. Далее классифицируют водоем по классам качества воды в соответствии с таблицей.
Принцип метода сапробных индикаторов основан на взаимосвязи организмов со средой обитания. Понятие сапробности, с одной стороны, приближается к значению эвтрофикации, так как включает трофическую характеристику, а с другой стороны, сапробность близка к токсичности или загрязненности, поскольку характеризует действие в среде отрицательных факторов (дефицит или отсутствие кислорода, продукты разложения органики и т.д.). Таким образом, понятие сапробности приобретает значение характеристики качества воды.
-для оценки сапробности проводят предварительное обследование водоема. Следует указать, что водоем реагирует на загрязнение целым комплексом взаимосвязей биотической и абиотической среды. Поэтому при биологическом исследовании изучают водоем в целом
-Прежде чем приступить к обследованию, необходимо иметь сведения о гидрологическом режиме водоема: расходах воды, характере водосборной площади, расположении, количестве и качестве выпусков сточных вод, наличии загрязненных территорий вдоль берега водоема.
-При окончательном обследовании водоема производят отбор и обработку проб. Пробы отбирают ниже источника загрязнения, по возможности, на всем протяжении загрязненности водоема, а также для сравнения — в чистом пункте выше сброса.
-Для полной биологической диагностики водоема должны быть учтены все сообщества: перифитон, бентос, планктон, плейстон, нектон, макрофиты.
-Перифитон собирают скребком, переносят в лабораторию в термосе, чтобы сохранить пробу для микроскопирования в живом виде.
-Впоследствии фиксируют формальдегидом, доведя его концентрацию в пробе до 2—4%, и затем окончательно определяютвиды. Учитывают сапробность и частоту встречаемости организмов.
-Зоны сапробности выделяют по различной степени разложения органического вещества. От чистого водоема к загрязненному увеличивается индекс сапробности водоема: ксеносапробные —0—0,05 -» олигосапробные — 0,51 —1,50 -» бета-мезосапробные — 1,51 — 2,50 —> альфа-мезосапробные — 2,51 — 3,50 -» полисапробные — 3,51 — 4,0. Индексы обозначаются греческими буквами к —>0 —> β —>α—> р.
На уровне локального (импактного) мониторинга используются следующие средства автоматизации.
1. Датчики и анализаторы, устанавливаемые на стационарных постах, в передвижных лабораториях и на станциях контроля. Они в автоматическом режиме берут пробу исследуемой среды и определяют наличие и концентрацию в ней основных загрязняющих веществ: азота (методом химической люминесценции), диоксида серы и сероводорода (методом ультрафиолетовой флуоресценции), оксида и диоксида углерода (методом ультрафиолетового поглощения), углеводородов (плазменно-ионизационным методом), пыли (методом поглощения β-излучения).
2. Устройства загрузки данных – это универсальные программируемые логические контроллеры или специализированные микропроцессорные контроллеры. Они управляют работой датчиков и анализаторов, фиксируют накопленную ими информацию и производят первичную обработку данных.
3. Устройства передачи данных обеспечивают передачу наблюденных данных со стационарных и передвижных постов в местный вычислительный центр сбора и обработки информации. При этом передатчиком являются устройства загрузки данных, а приемником – сервер (компьютер типа IBM PC), находящийся в вычислительном центре. Передача данных может производиться как по радиосвязи, так и по каналам сотовой связи. Характер передачи данных регулярный (1 раз в 10–30 минут, 1 раз в час и т. п.), скорость передачи информации низкая (порядка сотен бит в секунду).