Юрин - Основы ксенобиологии - 2001 (947302), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Как мы уже говорили, ключевым фактором в проблеме загрязнения окружающей среды ртутью является не только ее медленное перераспределение в биосфере, но и биотрансформация, например превращение микроорганизмами неорганической ртути в метилртуть. Если бы этот процесс не происходил, то поступление ртути в окружающую среду не представляло бы такой опасности по сравнению с существующей. При оценке экологической опасности необходимо учитывать природу и процессы метаболических превращений. Важно помнить тот факт, что почти любой органический ксенобиотик может метаболизироваться в каком-либо организме, и часто в результате довольно сложных последовательностей реакций образуются многочисленные метаболиты.
Степень накопления метаболитов в организме зависит от относительных скоростей их образования и последующего метаболизирования и (или) вывода из организма. Метаболит накапливается в организме, если он вырабатывается с относительно высокой скоростью, а последующие метаболические реакции идут с меньшей скоростью или скорость вывода его из организма мала по сравнению со скоростью образования. С! ДДЕ нилд н) С! о С! Н С! С! ~ ~ С ~ ~ С! С!' 'Н ДДт ДОРМЭ (дихлордифенилмонохлорэгилен! С! ~ ~ ~ ~ С! ,Сх МЬ Н ! Н С! / ~ С l ~ С! С! — !! СН, ДДА (дихлордифенилацетат) Н ~ С! гСъ С! С! ,;С; О ОН Рис. ! О.!.
Схема превращения ДДТ 195 Природу метаболических превращений следует учитывать при разработке аналитических методов. Например, при определении остатков 2,4-Д (дихлорфеноксиуксусной кислоты) в обрабо инных этим гербицидом растениях надо учитывать следующие факты. Вещество можно зкстрагнро- вать в виде соли в водном растворе, затем снизить рН, чтобы перевести кислоту в неионизированную форму, и в такой форме экстрагировать не- полярным растворителем, а затем очистить и проанализировать. В растениях обычно протекают реакции конъюгнрования, и 2,4-Д может быть связан с остатками некоторых углеводов. Образованное соединение весьма полярно, и если его проэкстрагировать и подкислить, то извлечь его неполярным растворителем невозможно.
Если этот факт не учитывать, то ксенобиотик можно вообще не обнаружить. Поэтому до экстракции вещества необходимо определить возможность образования кокьюгатов и разрушить их. В противном случае можно получить неадекватные данные. Экологическая опасность больших доз биоразрушаечых ксенобиотиков и остатков неразложившихся ксенобиотиков связана с возможностью нарушения практически всех аспектов структуры и функционирования экосистем, включая разнообразие видов, структуру популяций, стабильность и продуктивность экосистем.
Необходимо подчеркнуть следующие положения: во-первых, большие дозы могут нести огромную экологическую опасность, поскольку они отравляют организмы раньше, чем эти организмы успевают их метаболизировать; во-вторых, опасность, связанная с накоплением ксенобиотиков организмами. В результате биоконцентрацни может усиливаться токсическое воздействие, ухудшаться качество кормовой базы для организмов вышестоящих трофических уровней. Опасность сублетальных (малых) концентраций (доз) обусловлена следующими факторами: а) может происходить хроническое отравление малыми концентрациями (дозами), ведущее к падению репродуктивной способности.
Например, отравление ПХБ и пестицидами способствовало бесплодию популяций тюленя в Балтийском море, что в конечном итоге может привести к вымиранию популяции (т. к. понижается рождаемость); б) сублетальные концентрации ксенобиотиков могут нарушать тонкую регуляцию межвидовых и внутривидовых взаимодействий, которая опосредована различными хемомедиаторами и хеморегуляторами; в) сублетальные концентрации„оказывая неодинаковое влияние на конкурентные друг с другом виды одного трофического уровня, могут нарушать естественный экологический баланс в экосистемах; г) малые дозы ряда пестицидов, как оказалось, могут даже стимулировать воспроизводство популяций некоторых крайне нежелательных видов, наносящих экономический ущерб в агроэкосистемах.
Так, в одной из серии опытов сублетальные дозы ДДТ, диэльлрииа и паратиона увеличивали откладку яиц колорадским жуком на 50,33 и 65 'Ь соответственно. 196 Итак, изучение путей биотрансформации ксенобиотиков в экосистемах и входящих в их состав организмах показывает, что экологическая опасность ксенобиотиков-поллютантов определяется не только их непосредственной токсичностью, но и токсичностью и персистентностью продуктов их биотрансформации, а также способностью ксенобиотиков и продуктов их биотрансформации влиять на биохимические и физико-химические процессы в экосистемах. Принципиальное значение имеет соотношение между скоростью поступления ксенобиотиков в конкретные экосистемы и скоростью их деградации.
Один из путей снижения нежелательных последствий загрязнения биосферы — разработка, производство и применение биодеградабельных соединений, т. е. материалов и веществ, относительно быстро разлагаемых в экосистемах без образования токсичных или персистентных продуктов распада. Еще один важный путь — использование природных веществ для регуляции различных физиологических процессов и создания интегрированной системы защиты растений. Схема действия ксенобиотиков в экосистемах представлена на рис.
10.2. Завершая очень сжатое изложение поведения ксенобиотиков в экосистемах и возможные последствия этих взаимодействий, отметим некоторые основные положения: — ксенобиотики включают многие классы веществ, они способны мигрировать по всей биосфере и переходить из одной среды в другую: из атмосферы в океан, с суши в водоемы и т. д.; — биологическое действие многих ксенобиотиков, действующих совместно, усиливается, т.
е. в функциональном смысле мы наблюдаем эффект, больший суммы отдельных веществ, кроме того, многие ксенобиотики или продукты их метаболизма оказываются более токсичными и канцерогенными, чем исходные; — действию ксенобиотиков подвергаются такие структурно- функциональные системы клетки, как генетический аппарат, биомембраны, белки и их обмен; — трансформация ксенобиотиков в объектах окружающей среды может приводить к появлению более персистентных и остатков неразложившихся соединений; — многие ксенобиотики (например, гидрофобные пестициды, некоторые металлы и их соединения) способны аккумулироваться в живых организмах в более высоких концентрациях, чем в окружающей среде; 197 Продуцентисточник ! ! ! $ Внешняя среда Организм-объект воздействия ! $ $ ! Рнс.
10.2. Обшая схема действия экологических ксенобиотнков — экологическую опасность представляют даже низкие, сублетальиые концентрации ксенобиотиков, которые (особенно при длительном воздействии) могут в течение ряда поколений снижать воспроизводство в популяциях и тем самым приводить к вымиранию этих популяций. 1лааа 11. ТЕСТИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ КСЕНОБИОТИКОВ Желаемое соотношение объема внедрения новых чужеродных соединений в практику человеческой деятельности, а следовательно„в биосферу, и объема внедрения новых знаний характеризуются принципом «песочных часов», где песчинки символизируют новые химические соединения.
Верхняя сфера этих часов — область, где создаются эти новые химические соединения, нижняя — область, где онн применяются. Узкий перешеек — область, где определяется биологическая активность веществ. Перетекают только те песчинки-соединения, которые перешли перешеек, другого пути нет. Время накопления действукицего химического потенциала страны должно определяться пропускной способностью «перешейка», т. е. мощностью системы биологических испытаний.
В практику должны вводиться только те соединения, которые подверглись биологическим испытаниям и только в соответствии с результатами этих испытаний. Таким образом„биологическим испытаниям должны подвергаться все синтезируемые ксенобиотики, т. е. необходимо создать производительную систему их испытаний на разные виды биологической активности.
Назначение системы испытаний — формирование информационного массива фундаментальных научных знаний о биологической активности и паспортизация каждого из ксенобиотиков по видам биологической активности. Практика показывает, что весьма часто у применяемого вещества открываются новые, совсем неожиданные свойства (как полезные, так и вредные). Поэтому в случае поиска веществ с конкретными видами биологической активности необходимо максимально полно определить у них весь спектр видов биологической активности. 13Л.
Общие принципы Для осуществления указанных целей необходимо эффективное массовое испытание ксенобиотиков на биологическую активность. Проверка большого массива ксенобиотиков на один или несколько видов биологической активности получила название скрннинга. Идея скрининга возникла достаточно давно, во всяком случае в период становления химической индустрии она уже прочно завоевала себе место в умах фармакологов. В ! 910 г. одна из немецких фирм испытала около !200 производных акридина. На «сите» оказалось три препарата: трифловин (против паразитических заболеваний), риванол (антисептик), акрихин (противомалярийный).
В поисках заменителя хинина в 30-е гг. было исследовано 16 000 соединений, принадлежащих к различным группам. Среди них 7618-м по счету оказался хлорохин, а 13 272-м — притахин. В 1966 г. в США в поисках протнвоопухолевых препаратов было испытано около 114 000 соединений, из которых было отобрано 12 потенциальных лекарств, но ни одно нз них не стало достаточно выдающимся в своем классе фармакологических препаратов. С 1928 г. в СССР на протяжении 10 лет в поисках алкалоидов под руководством А.
П. Орехова было исследовано 700 растений, среди которых искомыми оказались всего 60. В следующие 10 лет исследовались еще 4500 растений и было открыто еще 20 алкалоидов. Таким образом, тотальная проверка большого массива химических соединений или природных объектов, направленная на выявление потенциальных лекарств, получила в ХХ в. свое развитие как один из основных методов поиска новых лекарств и вообще химических соединений с заданным типом биологической активности. Экономическая зффективность скрннинга возрастает, если растет число тестируемых активностей, и скрининг становится многоцелевым, а также помимо фармакологии ориентирован и на цели сельского хозяйства, микробиологической промышленности, охраны окружающей среды и т.
д. Системное определение биологической активности всего массива соединений может быть осуществленно путем создания высокопроизводительной системы их классификации по видам биологический активности. Каждый ксенобиотик обладает определенными видами и степенью биологической активности. Мы должны выявить эти свойства и предсказать возможность практического использования данного соединения или дать прогноз его возможной роли в окружающей среде. Система тестирования ксенобиотиков по видам биологической активности может включать два взаимосвязанных подхода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
