Способность продуктов фотохимического разложения гербицида Раундап индуцировать окислительный стресс в бактериальных клетках

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Актуальность. Распространенный неселективный системный гербицид Раундап (глифосат, действующее вещество N-фосфонометилглицин, N-ФМГ) используется для борьбы с многолетними сорняками. Необходима оценка опасности продуктов фотохимического разложения N-ФМГ, образующихся под действием солнечного ультрафиолетового излучения и озона.

Цель — с помощью lux-биосенсоров на основе Escherichia coli исследование способности продуктов фотохимического разложения N-ФМГ индуцировать окислительный стресс в бактериальных клетках.

Материалы и методы. В работе использовали действующее вещество гербицида Раундап N-фосфонометилглицин (N-ФМГ), биосенсоры Е. coli (pSoxS-lux) и Е. coli (pKatG-lux). УФ-излучение, масс спектрометрия.

Результаты. С помощью биосенсоров показано, что продукт фотохимического разложения N-ФМГ (2-(N-гидроксиметил-гидроксиамин) этановая кислота) вызывает увеличение концентрации супероксидного анион-радикала и H2O2 в клетках E. coli, что индуцирует в бактериальной клетке окислительный стресс.

Заключение. Продукт фотохимического разложения N-ФМГ (2-(N-гидроксиметил-гидроксиамин) этановая кислота) индуцирует в клетках бактерий образование супероксидного анион-радикала и H2O2.

Об авторах

Елена Анатольевна Саратовских

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: easar@icp.ac.ru
ORCID iD: 0000-0003-1841-0641
SPIN-код: 4183-7660

д-р биол. наук

Россия, Черноголовка

Эльбек Альбертович Мачигов

Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук

Email: elbek_machigov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2811-6374
SPIN-код: 7382-5408
Россия, Москва

Андрей Иванович Ярмоленко

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук

Email: andr.yar@bk.ru
ORCID iD: 0009-0008-2736-4118
Россия, Черноголовка

Елена Валентиновна Штамм

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук

Email: ekochem@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2537-2751

д-р хим. наук

Россия, Москва

Серикбай Каримович Абилев

Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: abilev@vigg.ru
ORCID iD: 0000-0001-8636-6828
SPIN-код: 4692-4311
Scopus Author ID: 8723003000

д-р биол. наук

Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Benbrook Ch.M. Trends in glyphosate herbicide use in the United States and globally // Environ Sci Eur. 2016. Vol. 28, N. 1. ID 3. doi: 10.1186/s12302-016-0070-0
  2. Яблоков А.В. Ядовитая приправа. Проблемы применения ядохимикатов и пути экологизации сельского хозяйства. Москва: Мысль, 1990. 125 с.
  3. Юданова Л.А. Пестициды в окружающей среде: Аналитический обзор. Новосибирск: Изд. ГПНТБ СО АН СССР, 1989. 140 с.
  4. Dubois A., Lacouture L. Bilan de présence des micropolluants dans les milieux aquatiques continentaux Période 2007–2009. Commissariat général au développement durable — Service de l’observation et des statistiques, 2011.
  5. Эмирова Д.Э. Оценка фитотоксического и цитотоксического действия гербицида раундап // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. Серия: Биологические науки. 2021. № 1. С. 27–34. EDN: EVIUCB
  6. Эмирова Д.Э. Фитотоксическое влияние пестицида раундап на проростки Zeamays // Человек-Природа-Общество: Теория и практика безопасности жизнедеятельности, экологии и валеологии. 2018. № 4. С. 93–96. EDN: YSRCXR
  7. Спиридонов Ю.Я., Ларина Г.Е., Протасова Л.Д., и др. Многолетнее применение общеистребительного гербицида раундап в Центральном регионе Нечерноземья // Агрохимия. 2010. № 2. С. 29–36. EDN: MBYNAT
  8. epa.gov [Электронный ресурс]. Glyphosate. U.S. Environmental Protection Agency. Режим доступа: https://www.epa.gov
  9. Кузнецова Е.М., Чмиль В.Д. Раундап: поведение в окружающей среде и уровни остатков // Современные проблемы токсикологии. 2010. № 1. С. 87–95.
  10. Министерство природных ресурсов и экологии РФ, ФС по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, ФГБУ «НПО «Тайфун», ИПМ. Состояние загрязнения пестицидами объектов природной среды Российской Федерации в 2017 году. Обнинск: ФГБУ «НПО «Тайфун», 2018. 89 с.
  11. Алиев З.Г., Атовмян Л.О., Саратовских Е.А., и др. Синтез, структура и спектральные характеристики комплексов меди с производными пиколиновой кислоты // Известия АН СССР. Сер. хим. 1988. № 11. С. 2495–2501.
  12. Саратовских Е.А. Синтез бидентантных комплексов 3,6-дихлор-пиколиновой кислоты // Известия АН СССР. Сер. хим. 1989. № 10. С. 2327–2329.
  13. Dick R.E., Quinn J.P. Glyphosate — degrading isolates from environmental samples: occurrence and pathways of degradation // Appl Microbiol Biotechnol. 1995. Vol. 43, N. 3. P. 545–550. doi: 10.1007/BF00218464
  14. Саратовских Е.А., Бокова А.И. Влияние гербицидов на популяцию почвообитающих коллембол // Токсикологический вестник. 2007. № 5. С. 17–23. EDN: ICDSGH
  15. Саратовских Е.А., Козлова Н.Б., Байкова И.С., Штамм Е.В. Корреляция между токсическими свойствами загрязняющих веществ и их константами комплексообразования с АТФ // Химическая физика. 2008. Т. 27, № 11. С. 87–92. EDN: JSKNNB
  16. Samsel A., Seneff S. Glyphosate’s suppression of cytochrome p450 enzymes and amino acid biosynthesis by the gut microbiome: Pathways to modern diseases // Entropy. 2013. Vol. 15, N. 4. P. 1416–1463. doi: 10.3390/e15041416
  17. Davoren M.J., Schiestl R.H. Glyphosate-based herbicides and cancer risk: a post-IARC decision review of potential mechanisms, policy and avenues of research // Carcinogenesis. 2018. Vol. 39, N. 10. P. 1207–1215. doi: 10.1093/carcin/bgy105.
  18. Séralini G.-E., Clair E., Mesnage R., et al. Long term toxicity of a Roundup herbicide and a Roundup-tolerant genetically modified maize // Food Chem Toxicol. 2012. Vol. 50, N. 11. P. 4221–4231. doi: 10.1016/j.fct.2012.08.005
  19. Медведев О.С. Раундап и его потенциальное влияние на здоровье человека // Комбикорма. 2017. № 4. С. 61–63. EDN: YMZNGJ
  20. Кузьмина В.В., Тарлева А.Ф., Шептицкий В.А. Влияние гербицида раундап на активность пептидаз в кишечнике у рыб разных видов // Вопросы ихтиологии. 2017. Т. 57, № 5. С. 607–613. EDN: ZFQGYX doi: 10.7868/S0042875217050113
  21. Филиппов А.А., Голованова И.Л., Смирнов М.С. Влияние гербицида Раундап на температурные характеристики мальтазы слизистой оболочки кишечника молоди рыб // Биология внутренних вод. 2019. № 2–1. С. 93–98. EDN: XUWPBS doi: 10.1134/S0320965219020050
  22. Зернова Е.Е. Действие раундапа на процессы перекисного окисления липидов и белков у лабораторных мышей. Развитие научной, творческой и инновационной деятельности молодежи. В кн.: Материалы VII Всероссийской научно-практической заочной конференции молодых ученых. Лесниково: КГСА им. Т.С. Мальцева, 2015. С. 150–151.
  23. Грин Д., Гольдбергер Р. Молекулярные аспекты жизни / пер с англ. Москва: Мир, 1968. 400 c.
  24. Саратовских Е.А., Коршунова Л.А., Гвоздев Р.И., Куликов А.В. Ингибирование НАДН-оксидоредуктазной реакции гербицидами и фунгицидами различного строения // Известия АН. Сер. хим. 2005. № 5. С. 1284–1289. EDN: HSPAWR
  25. Саратовских Е.А., Коршунова Л.А., Рощупкина О.С., Скурлатов Ю.И. Ингибирование NADH-оксидоредуктазы соединениями металлов // Химическая физика. 2007. Т. 26, № 8. С. 46–53. EDN: IAZOMP
  26. Zaahkook S.A.M., Abd El-Rasheid H.G., Ghanem M.H., et al. Physiological and oxidative stress biomarkers in the freshwater catfish (Clarias gariepinus) exposed to pendimethalin-based herbicide and recovery with EDTA // Int J Adv Res. 2016. Vol. 4, N. 10. P. 243–264. doi: 10.21474/IJAR01/1784.
  27. Mesnage R., Ibragim M., Mandrioli D., et al. Comparative toxicogenomics of glyphosate and roundup herbicides by mammalian stem cell-based genotoxicity assays and molecular profiling in sprague-dawley rats // Toxicol Sci. 2022. Vol. 186, N. 1. P. 83–101. doi: 10.1093/toxsci/kfab143
  28. Саратовских Е.А., Личина М.В., Психа Б.Л., и др. О характере взаимодействия ди- и полинуклеотидов с некоторыми пестицидами // Известия АН СССР. Сер. хим. 1989. № 9. С. 1984–1989.
  29. Саратовских Е.А., Глазер В.М., Костромина Н.В., Котелевцев С.В. Генотоксичность пестицидов в тесте Эймса и их способность к образованию комплексов с ДНК // Экологическая генетика. 2007. Т. 5, № 3. С. 46–55. EDN: KXHLYT
  30. Marques A., Guilherme S., Gaivão I., et al. Progression of DNA damage induced by a glyphosate-based herbicide in fish (Anguilla anguilla) upon exposure and post-exposure periods — Insights into the mechanisms of genotoxicity and DNA repair // Comp Biochem Physiol C. 2014. Vol. 166. P. 126–133. doi: 10.1016/j.cbpc.2014.07.009.
  31. Marino M., Mele E., Viggiano A., et al. Pleiotropic outcomes of glyphosate exposure: from organ damage to effects on inflammation, cancer, reproduction and development // Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, N. 22. ID12606. doi: 10.3390/ijms222212606
  32. Strilbyska O.M., Tsiumpala S.A., Kozachyshyn I.I., et al. The effects of low-toxic herbicide roundup and glyphosate on mitochondria // EXCLI J. 2022. Vol. 21. P. 183–196. doi: 10.17179/excli2021-4478
  33. Benachour N., Seralini G.-E. Glyphosate formulations induce apoptosis and necrosis in human umbilical, embryonic, and placental cells // Chem Res Toxicol. 2009. Vol. 22, N. 1. P. 97–105. doi: 10.1021/tx800218n
  34. Swanson N.L., Leu A.F., Abrahamson J., Wallet B.C. Genetically engineered crops, glyphosate and the deterioration on health in the United States of America // J Org Syst. 2014. Vol. 9. P. 6–37.
  35. Ericsson A. A case-control stady of non-Hodgkin limfoma and exposure tо pesticides // Cancer. 1999. Vol. 85, N. 6. P. 1353–1360. doi: 10.1002/(SICI)1097-0142(19990315)85:6<1353::AID-CNCR19>3.0.CO;2-1
  36. EFSA. Conclusion on the peer review of the pesticide risk assessment of the active substance glyphosate // EFSA J. 2015. Vol. 13, N. 11. ID 4302. doi: 10.2903/j.efsa.2015.4302
  37. Guyton K.Z., Loomis D., Grosse Y., et al. Carcinogenicity of tetrachlorvinphos, parathion, malathion, diazinon, and glyphosate // Lancet. 2015. Vol. 16, N. 5. P. 490–491. doi: 10.1016/S1470-2045(15)70134-8
  38. Илюшина Н.А., Аверьянова Н.С., Масальцев Г.В., Ревазова Ю.А. Сравнительное исследование генотоксической активности технических продуктов глифосата в микроядерном тесте in vivo // Токсикологический вестник. 2018. № 4. С. 24–28. EDN: XYGVRB doi: 10.36946/0869-7922-2018-4-24-28
  39. Егорова О.В., Илюшина Н.А., Аверьянова Н.С., и др. Генотоксические свойства некоторых фосфорорганических пестицидов // Медицинская генетика. 2020. Т. 19, № 9. С. 72–73. EDN: LNQHPW doi: 10.25557/2073-7998.2020.09.72-73
  40. Hishov A.S., Makarov D.A., Kish L.K. Toxic properties and maximum residue levels of glyphosate in food and feed products // J Agric Environ. 2023. Vol. 3, N. 31. P. 1–9. doi: 10.23649/jae.2023.31.3.002
  41. Vakhterova Ya.V., Avdeeva L.V., Zimens M.E., et al. Roundup (glyphosate): Products of photochemical decomposition and their toxicity and genotoxicity // Sustain Chem Pharm. 2023. Vol. 32. ID100957. doi: 10.1016/j.scp.2022.100957
  42. Bamba D., Atheba P., Robert D., et al. Photocatalytic degradation of the diuron pesticide // Environ Chem Lett. 2008. Vol. 6. P. 163–167. doi: 10.1007/s10311-007-0118-x
  43. Feng J., Zheng Z., Luan J., et al. Degradation of diuron in aqueous solution by ozonation // J Environ Sci Health B. 2008. Vol. 43, N. 7. P. 576–587. doi: 10.1080/03601230802234450
  44. Mahalakshmi M., Arabindoo B., Palanichamy M., et al. Photocatalytic degradation of carbofuran using semiconductor oxides // J Hazard Mater. 2007. Vol. 143, N. 1–2. P. 204–245. doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.09.008
  45. Assalin M.R., De Moraes S.G., Queiroz S.C.N., et al. Studies on degradation of glyphosate by several oxidative chemical processes: Ozonation, photolysis and heterogeneous photocatalysis // J Environ Sci Health B. 2010. Vol. 45, N. 1. P. 89–94. doi: 10.1080/03601230903404598
  46. Roustan A., Aye M., De Meo M., Di Giorgio C. Genotoxicity of mixtures of glyphosate and atrazine and their environmental transformation products before and after photoactivation // Chemosphere. 2014. Vol. 108. P. 93–100. doi: 10.1016/j.chemosphere.2014.02.079
  47. Manassero A., Passalia C., Negro A.C., et al. Glyphosate degradation in water employing the H2O2/UVC process // Water Res. 2010. Vol. 44, N. 13. P. 3875–3882. doi: 10.1016/j.watres.2010.05.004
  48. Ленинджер А.Л. Биохимия / под ред. А.А. Баева, Я.М. Варшавского. Москва: Мир, 1974. 957 с.
  49. Свиридова Д.А., Мачигов Э.А., Игонина Е.В., и др. Изучение механизма генотоксичности диоксидина с помощью lux-биосенсоров Esсherichia coli // Радиационная биология. Радиоэкология. 2020. Т. 60, № 6. С. 595–603. EDN: OBOOSR doi: 10.31857/S0869803120060223
  50. Мачигов Э.А., Игонина Е.В., Свиридова Д.А., и др. Генотоксическое действие радиомиметика параквата на бактерии Escherichia coli // Радиационная биология. Радиоэкология. 2022. Т. 62, № 3. С. 240–249. EDN: BCRAAY doi: 10.31857/S0869803122030055
  51. Смирнова С.В., Абилев С.К., Игонина Е.В., и др. Влияние дейтерия на индукцию ada-регулона алкилирующими веществами в клетках Escherichia coli // Генетика. 2018. Т. 54, № 8. С. 915–921. EDN: XVWOWD doi: 10.1134/S001667581808012X
  52. Abilev S.K., Igonina E.V., Sviridova D.A., Smirnova S.V. Bacterial lux biosensors in genotoxicological studies // Biosensors. 2023. Vol. 13, N. 5. ID511. doi: 10.3390/bios13050511
  53. Игонина Е.В., Марсова М.В., Абилев С.К. Lux-биосенсоры: скрининг биологически активных соединений на генотоксичность // Экологическая генетика. 2016. Т. 14, № 4. С. 52–62. EDN: XWJLMR doi: 10.17816/ecogen14452-62
  54. Мельников Н.Н. Пестициды. Химия, технология и применение. Москва: Химия, 1987. 712 с.
  55. Snyder C.A., Garte S.J., Sellakumar A.R., Albert R.E. Relationships between the levels of binding to DNA and the carcinogenic potencies in rat nasal mucosa for three alkylating agents // Cancer Lett. 1986. Vol. 33, N. 2. P. 175–181. doi: 10.1016/0304-3835(86)90022-4
  56. Котова В.Ю., Манухов И.В., Завильгельский Г.Б. Lux-биосенсоры для детекции SOS-ответа, теплового шока и окислительного стресса // Биотехнология. 2009. № 6. С. 16–25. EDN: OFVFXL doi: 10.1134/S0003683810080089
  57. Завильгельский Г.Б., Котова В.Ю., Манухов И.В. Сенсорные биолюминесцентные системы на основе lux-оперонов для детекции токсичных веществ // Химическая физика. 2012. Т. 31, № 10. С. 15–20. EDN: PDTYIF
  58. Lebedev A.T., Mazur D.M., Artaev V.B., Tikhonov G.Y. Better screening of non-target pollutants in complex samples using advanced chromatographic and mass spectrometric techniques // Environ Chem Lett. 2020. Vol. 18. P. 1753–1760. doi: 10.1007/s10311-020-01037-2
  59. Шолле В.Д., Розанцев Э.Г., Прокофьев А.И., и др. Исследование 2,2,6,6-тетраметил-4-оксо-1-пиперидильного радикала методом электронного парамагнитного резонанса // Известия АН СССР. Сер. хим. 1967. № 12. С. 2628–2631.
  60. Джирард Дж.Е. Основы химии окружающей среды. Москва: Физматлит, 2008. 640 с.
  61. Фомин В.М. Радикально-цепное окисление органических соединений и его торможение ингибиторами фенольного типа. Электронное учебное пособие. Нижний Новгород: ННГУ, 2010. 37 с.
  62. Пискарев И.М., Иванова И.П., Трофимова С.В., и др. Образование пероксинитрита под действием излучения плазмы искрового разряда // Химия высоких энергий. 2014. Т. 48, № 3. С. 253–256. doi: 10.7868/S0023119714030132
  63. Nathan C., Shiloh M.U. Reactive oxygen and nitrogen intermediates in the relationship between mammalian hosts and microbial pathogens // PNAS USA. 2000. Vol. 97, N. 16. P. 8841–8848. doi: 10.1073/pnas.97.16.8841

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Химическая формула N-фосфонометилглицина

Скачать (20KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение спектра поглощения реакционной смеси в процессе фотохимического разложения водного раствора N-фосфонометилглицина при совместном воздействии УФ-излучения и озона от времени: 1 — интенсивность поглощения при λ = 212 нм; 2 — 195 нм; 3 — 286 нм; 4 — 258 нм; 5 — 238 нм. По данным работы [41]

Скачать (317KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Люминесценция pKatG-lux и pSoxS-lux с N-ФМГобл в условных единицах светового потока

Скачать (145KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема потенциальных реакций окисления N-ФМГ по α-углеродному атому

Скачать (102KB)
Метаданные
6. Формула 1

Скачать (5KB)
Метаданные
7. Формула 2

Скачать (7KB)
Метаданные
8. Формула 3

Скачать (8KB)
Метаданные
9. Формула 4

Скачать (8KB)
Метаданные
10. Формула 5

Скачать (10KB)
Метаданные
11. Формула 6

Скачать (12KB)
Метаданные
12. Формула 7

Скачать (46KB)
Метаданные
13. Формула 8

Скачать (49KB)
Метаданные
14. Формула 9

Скачать (26KB)
Метаданные
15. Формула 10

Скачать (34KB)
Метаданные
16. Формула 11

Скачать (42KB)
Метаданные
17. Формула 12

Скачать (48KB)
Метаданные
18. Формула 13

Скачать (19KB)
Метаданные
19. Формула 14

Скачать (17KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».