IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Дафния - это преимущественно небольшие ракообразные, обитающие во всех водоёмах нашей планеты. Широко распространим во многих областях человеческой деятельности этот маленький рачок. Об этом и продолжим наш разговор.

Использование в научных исследованиях

Биоиндикация - метод оценки изменений в среде при помощи биологических объектов. Организмы или сообщества организмов по наличию, состоянию и поведению которых судят об изменениях в среде, называются биоиндикаторами. С помощью биоиндикаторов можно обнаруживать места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений, а также проследить скорость происходящих в окружающей среде изменений.

Основная задача – разработка методов и критериев, которые могли бы диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах природных сообществ.

Биотестирование

Биотестирование - метод оценки токсичности среды с помощью биологических тест-объектов.

Токсичность - свойство химических веществ проявлять повреждающее или летальное действие на живые организмы. Тест-объекты позволяют констатировать факт токсичности среды. Биологические организмы, используемые в качестве тест-объектов, должны обладать максимальной чувствительностью к токсическим веществам.

Биологические особенности D. magna делают этих рачков ценными тест-организмами с явными преимуществами перед другими видами, а именно: удобные и относительно простые условия культивирования (содержание культуры в чистой природной воде, ежедневное отсаживание молоди от взрослых самок, кормление); молодь генетически однородна, что обеспечивается партеногенетическим размножением и поддержанием синхронизированной культуры, которой считается группа особей, находящихся на одной стадии развития; быстрое созревание рачков (5-8 сут. при оптимальной температуре +20 ± 2°С и хорошем питании с длительностью эмбрионального развития 3-4 дня); регулярное (каждые 3-4 дня) и многочисленное появление молоди (у молодых самок 10-15, у зрелых - до 40 особей); достаточно высокий уровень организации (наличие кровеносной и нервной систем), позволяющий экстраполировать токсикологические результаты на других многоклеточных представителей экосистем и даже человека; крупные размеры, за счет чего возможно вести визуальные наблюдения за многими ответными реакциями без использования специализированных средств измерений; чувствительность к большинству загрязняющих веществ. Перечисленные достоинства привели к появлению массы методик биотестирования с применением D. magna

Дафнии используются в качестве модельных организмов во многих экологических, токсикологических и генетических исследованиях.

1.Экологические исследования:

Оценки качества природных вод.

Наиболее перспективными тест-организмами, по данным исследователей гидробиологов, являются беспозвоночные гидробионты вида Daphnia magna Straus. Они отличаются относительной простотой разведения и имеют достаточно широкий спектр легко регистрируемых поведенческих реакций, а также минимальные индивидуальные различия в поведении. Проведение биотестирования не вызывает у них явно выраженных стрессовых реакций. Таким образом, Daphnia magna целесообразно считать показательным модельным объектом, позволяющим полноценно заменить собой позвоночных животных, повысив надежность результатов опытов.

2. Токсикологические исследования.

Использование в контроле токсичности сточных вод, подаваемых на очистные сооружения биологического типа с целью предупреждения проникновения опасных веществ для биоценозов и при проведении экологической экспертизы новых материалов, технологий очистки, проектов очистных сооружений и пр.

Дафнии чувствительны даже к небольшим концентрациям некоторых солей, например, добавление солей меди в концентрации 0,01 мг/л вызывает замедление движений рачков, они либо опускаются на дно, либо замирают у поверхностной плёнки воды. РазведениеДафнии — один из стандартных объектов для тестирования токсичности водных растворов химических соединений, применяемых в исследовании загрязнений водной среды.

Методология определения токсикометрических характеристик пестицидов длительна по времени и представляет собой трудоемкий процесс. В связи с этим актуальным становится совершенствование существующих на сегодняшний день биотестовых методов до методов измерительного уровня, используя при этом в качестве чувствительных элементов первичных преобразователей системы биологические объекты. Данная система применима для оценки биологической активности и токсичности пестицидов. Ключевая роль при этом отводится поиску оптимального тест-объекта, который отличался бы достаточной чувствительностью, легко регистрируемыми изменениями показателей жизнедеятельности и относительно высоким уровнем организации. В качестве тест объекта может быть использована дафния.

3. Генетические :

Расшифровка генома

За последние годы осуществлена частичная расшифровка генома дафнии Daphnia pulex,который состоит из 200 миллионов нуклеотидов, но при этом содержит минимум 30,9 тысяч генов — больше, чем у других до сих пор изученных многоклеточных животных (например в геноме человека около 20-25 тысяч генов). Геному дафнии свойственен высокий темп генных дупликаций, что привело к созданию многочисленных генных кластеров. Более трети продуктов генов, обнаруженных в геноме дафнии, не имеют известных гомологов в протеомах других организмов. Многие гены-паралоги экспрессируются по-разному в зависимости от условий среды; уникальные для дафний гены наиболее чувствительны к изменениям условий. Можно предполагать, что генные дупликации увеличили экологическую пластичность дафний, позволяя им приспособиться к условиям разных водоёмов и к меняющимся условиям в одном водоёме.

Такие свойства делают дафнию перспективным модельным организмом в новой области – геномике среды (Environmental Genomics), считают ученые. На ней можно будет изучать, как гены взаимодействуют со средой. Она может стать не просто индикатором, но генным индикатором на загрязнения. Дафния – хороший сенсор, так как экспрессия многих ее генов изменяется в зависимости от состава окружающей среды. Поскольку женские особи, размножающиеся клонированием, содержат один и то же набор генов, помещая какие-то из них в воду с загрязнителем, а другие в чистую воду, можно получить генный ответ на этот загрязнитель.

Такой сенсор, как можно ожидать, найдет применение в экологии и медицине для охраны здоровья человека. Эти перспективы выглядят реальными, потому что из всех изученных беспозвоночных дафния разделяет с человеком больше всего генов.

Учитывая что дафния имеет высокую степень аллергенности. (Это связывают с тем, что в период буйного цветения растений, пыльца попадает в воду, в которой находятся дафнии, а те, в свою очередь, профильтровывая ее, могут захватывать те самые частицы пыльцы. Затем, когда рачков высушивают, эта пыльца остается и может вызвать сильную аллергическую реакцию в организме человека) дафния используется в медицине в виде аллергена для диагностики.

Преимущества дафнии как объекта биологического исследования:

1. Прозрачность тела дафний позволяет наблюдать изменение физиологических параметров объекта во время эксперимента, таких как рост, размножение, частота сердечных сокращений и пр.

2. Короткий жизненный цикл дает возможность применения дафний в тестах на плодовитость, а также быстрый рост и размножение дают возможность быстро проводить эксперименты.

3. Дафнии очень чувствительны к изменениям в окружающей среде, поэтому их часто используют в качестве индикаторов загрязнителей в водной среде. Также в ответ на действие различных факторов среды они меняют форму и цвет, отращивают усы, шипы и пр.

4. При хороших условиях дафнии размножаются партеногенезом. При таком типе размножения потомство является клоном родителя, что является необходимым условием для проведения экспериментов в основе которых лежит сравнение реакции генетически идентичных животных на воздействие различных факторов. При неблагоприятных условиях нарождаются только самцы, обычно этот показатель используют чтобы выяснить выживаемость и благополучие вида в данных условиях.

5. Плодовитость дафний является чувствительным критерием для исследований радиационного излучения.

6. Дафния доступный тест-объект, что немаловажно при проведении многих тестов.

Дафния — этостандартный тест-объект, который применяется в основном в установлении токсических веществ в воде. Методы биотестирования с использованием дафний, в основном, основаны на регистрации их смертности от действия на них определенных токсических веществ.

На ранней стадии биотестирования воды, изменение поведенческой активности дафний(частота сокращения сердца, двигательная активность, интенсивность размножения),также является индикатором наличия токсикантов в исследуемой среде. Дафнии чувствительны даже к небольшим концентрациям отравляющих веществ,которые вызывают замедление их движений.

Вид Дафний - DaphniamagnaStraus признан самым универсальным тест-объектом по чувствительности и адекватности реагирования на различные загрязняющие вещества.

Впервые дафнию в качестве тест-объекта использовал в 1933 году ученый Э. Науманн.

В каких исследованиях можно применить:

1. Биотестирование установления токсичности различных водоемов, оценка качества питьевой воды. Выявление пороговых концентраций токсичности многих веществ(соли тяжелых металлов, фосфорорганических пестицидов и пр.).

2. Биоиндикация антропогенной нагрузки в среде обитания тестируемых организмов

3. Исследования влияния радиационных излучений на живой организм

Код для цитирования: Скопировать