Сибирский федеральный университет

Вопрос экологической безопасности жизненно важен для многих российских городов, в том числе, и для Красноярска. Его актуальность ежегодно возрастает в связи с промышленным загрязнением города. Устойчивое социально-экономическое развитие требует создания системы оценки экологических рисков. И эта система включает не только традиционные методы химического анализа, но и набор биотестов, состоящий из тест-объектов, которые имитируют разные уровни организации живого — от популяционного, организменного, клеточного до субклеточного и молекулярного.

«В ферментативных биолюминесцентных биотестах уровень токсичности веществ фиксируется по степени яркости свечения ферментов светящихся бактерий. В отличие от традиционных методов биотестированя, занимающих от одного до пяти дней, биолюминесцентный тест позволяет получить результаты уже через 10–15 минут. Мы исследовали механизмы взаимодействия токсикантов (веществ или соединений, способных оказывать ядовитое действие на живые организмы) на ферменты биолюминесцентной системы бактерий при помощи молекулярного докинга. Этот метод похож на своеобразный „молекулярный тетрис“, который помогает определить самую выгодную ориентацию и размещение одних молекул относительно других. Также была построена модель количественных соотношений „структура-свойство“, которая в дальнейшем может помочь предсказать воздействие того или иного токсиканта на биолюминесцентную систему бактерий по его структуре», — сообщил участник команды разработчиков, аспирант ИФБиБТ СФУ Альберт Лисица.

Учёные проанализировали экспериментальные данные о влиянии различных токсикантов на активность биолюминесцентной системы бактерий. Используя значения эффективной концентрации токсикантов (при которой интенсивность биолюминесценции снижается в два раза) совместно с данными о структурных и физико-химических свойствах, провели статистический анализ и построили модели количественных соотношений «структура-свойство».

«Ранее было показано, что по „скорости высвечивания“ люциферазы в реакции in vitro делятся на „быстрые“ и „медленные“. Анализ накопленных к настоящему моменту экспериментальных данных продемонстрировал различия во влиянии токсикантов на свечение бактерий с „быстрыми“ и „медленными“ люциферазами, в то время как сейчас для ферментативных биотестов используются только „быстрые“ люциферазы.

Наша научная группа установила, что различие в чувствительности биолюминесцентной системы бактерий „быстрых“ и „медленных“ люцифераз объясняется рядом структурных особенностей этих белков. В частности, наличием характерных различающихся аминокислотных остатков, обеспечивающих специфику взаимодействия с интермедиатами биолюминесцентной реакции. Полученный результат говорит о возможной эффективности использования „медленных“ люцифераз в ферментативных биотестах, ввиду более высокой чувствительности к ряду токсикантов», — подчеркнул учёный.

Исследование выполнялось при финансовой поддержке РФФИ и Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности в рамках научного проекта № 18-44-243009.