science-review.ru
Продолжительность жизни человека год от года увеличивается, ее качество улучшается. Но, несмотря на изобилие продовольственных товаров, пищевой рацион большинства людей сложно назвать сбалансированным. Поэтому люди все чаще вынуждены прибегать к различным добавкам к пище – дополнительным источникам витаминов. Часто применяется не один препарат, а сразу несколько, причем в некоторых случаях не соблюдаются рекомендуемый способ употребления, продолжительность приема и дозировка. Вопреки распространенному заблуждению, что витамины не могут быть лишними, они могут не только способствовать улучшению самочувствия, но и наносить урон нашему организму.
Одним из лучших модельных объектов для изучения влияния различных веществ на организм является Drosophila melanogaster, так как имеет сходные с млекопитающими метаболические системы. Поэтому мы можем осуществлять анализ различных токсичных эффектов (мутагенности, канцерогенности, тератогенности) препаратов на данном объекте, спрогнозировав результат на организмы других эукариот, к которым относится и человек [1, 2].
Тесты на дрозофиле отличаются своей экономичностью. Drosophila melanogaster достаточно просто содержать, она не требует сложных питательных сред, ее цикл развития составляет 10 дней при температуре 25 °С. Дрозофила обладает хорошей плодовитостью, поэтому за короткий срок эксперимента можно получить статистически значимые результаты. Использование Drosophila melanogaster в различных исследованиях имеет более чем столетнюю историю и до сих пор является актуальным [3–5].
Целью нашего исследования было рассмотрение влияния витаминов В2 и В6 на некоторые экологические и генетические показатели популяции Drosophila melanogaster.
Материалы и методы исследования
В своем исследовании мы остановились на двух витаминах – В2 и В6, имеющих важное значение для организма. Витамин В2 (рибофлавин) выполняет значимые функции в организме животных и человека: взаимодействует с АТФ, образуя коэнзимы флавинпротеинов – флавинмононуклеотид и флавинадениндинуклеотид, входящие в состав флавиновых ферментов и принимающие участие в окислительно-восстановительных реакциях; в углеводном, белковом и жировом обменах; в тканевом дыхании [6]. Нами был использован препарат рибофлавин-мононуклеотид, содержащий 10 мг рибофлавина фосфат натрия на 1 мл ампульного раствора.
Витамин В6 (пиридоксин) является важным стимулятором в обмене веществ, особенно важен для работы центральной и периферической нервной системы. Без присутствия пиридоксина невозможен нормальный белковый, а также углеводный и жировой обмены. Пиридоксин используется в организме для синтеза коферментов: пиридоксальфосфата и пиридоксаминфосфата, наиболее значимая функция которых – перенос аминогрупп и карбоксильных групп в реакциях метаболизма аминокислот. Почти половина имеющегося в организме пиридоксина расходуется на выделение углеводов в кровь для равномерного снабжения клеток глюкозой [6]. Для исследования был использован препарат пиридоксина гидрохлорид, содержащий 50 мг активного вещества пиридоксина гидрохлорида на 1 мл ампульного раствора.
Соотношение полов – одна из важнейших характеристик раздельнополых популяций, благодаря которой можно судить о приспособленности популяции к условиям обитания [7–9]. Установлено, что неблагоприятные факторы обусловливают сдвиг половой пропорции в сторону мужских особей, так как они ответственны за разнообразие генотипов, т.е. за качество популяции, и приспосабливают ее к меняющимся условиям. Благоприятные факторы среды приводят к закономерному увеличению особей женского пола. От самок зависят количественные показатели популяции, в этом случае популяция стремится увеличить число отобранных в ходе полового отбора наилучших генотипов. Катастрофические факторы среды также сдвигают половую пропорцию в женскую сторону, обеспечивая выживание вида. Поэтому мы решили использовать вторичное соотношение полов (♂:♀) для оценки влияния некоторых витаминов группы В на популяцию Drosophila melanogaster.
При исследовании влияния дозы рибофлавина и пиридоксина на ряд экологических и генетических показателей популяции дрозофилы мы использовали три различные концентрации – 0,05 %, 0,1 % и 0,5 %. Наш выбор был обусловлен предварительной серией экспериментов, которая показала, что большие концентрации препаратов оказывают губительное воздействие на мух, содержащихся на витаминизированных средах, – мухи погибали, не оставив потомства. Все препараты вносились в банановую среду, на которой выращивались мухи, эксперимент проводился в пяти повторностях. Генотоксичность препаратов рассматривалась по куколочной гибели, которая отражала действие доминантных леталей – результат серьезных повреждений хромосом (делеции, инверсии, транслокации и др.). После окончательного вылета имаго мы подсчитывали на стенках пробирок относительное количество темных пупариев (леталь).
Статистическую обработку результатов исследования проводили по оценке разности между выборочными долями генеральной совокупности с использованием t-критерия Стьюдента
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты изучения влияния различных концентраций рибофлавина на общую численность дочернего поколения Drosophila melanogaster представлены на рис. 1. При применении 0,05 %-ной концентрации витамина В2 наблюдается увеличение общей численности потомства по сравнению с контролем, а при 0,1 %-ной и 0,5 %-ной – статистически значимое снижение количества особей (р < 0,05 %). Дозы витамина 0,1 % и 0,5 % создают фармакологический стресс для дрозофил, и мухи реагируют на него как снижением общей плодовитости, так и гибелью потомства на стадии личинки и куколки. 0,5 %-ная концентрация препарата оказалась хронически токсичной для дрозофилы. При данной дозе рибофлавина сами родители часто погибали, а те, кто выживал, оставляли крайне мало потомства по сравнению с другими концентрациями и с контролем. Это свидетельствует о том, что у витамина есть верхний порог дозировки и при его нарушении может развиться гипервитаминоз.
Рис. 1. Влияние различных концентраций рибофлавина ( %) на общую численность дочернего поколения Drosophila melanogaster
Рис. 2. Влияние различных концентраций рибофлавина на вторичную половую пропорцию популяции Drosophila melanogaster.Условные обозначения: К1 – контроль 1 (на рибофлавин 0,05 %); К2 – контроль 2 (на рибофлавин 0,1 %); К3 – контроль 3 (на рибофлавин 0,5 %); Р1 – рибофлавин 0,05 %; Р2 – рибофлавин 0,1 %; Р3 – рибофлавин 0,5 %
Использование среды с 0,05 %-ным содержанием рибофлавина привело к статистически значимому увеличению количества потомков по сравнению с контролем. Это свидетельствует о положительном эффекте низких доз данного препарата, что согласуется с механизмом действия витаминов [6].
Данные исследования по изучению влияния различных концентраций рибофлавина на половую структуру дочернего поколения Drosophila melanogaster представлены на рис. 2.
Анализ половой структуры дочернего поколения в контроле и при использовании различных концентраций рибофлавина показал зависимость половой структуры потомства от дозы препарата. Вторичная половая продукция, т.е. отношение количества самцов к числу самок, при 0,05 %-ной концентрации – 1,15, что свидетельствует о благоприятном действии этой дозы, так как численность особей женского пола незначительно преобладает над количеством мух мужского пола. При 0,1 %-ной концентрации вещества половая пропорция изменяется в сторону самцов, что, возможно, оценено популяцией как незначительное стрессовое воздействие, и самцы, являясь экспериментальным компонентом эволюционной системы, корректируют историческое развитие вида. Анализ половой пропорции в опыте с 0,5 %-ной концентрацией рибофлавина выявил достоверное увеличение (р < 0,05) самок, что свидетельствует о мощном стрессовом факторе. Согласно исследованиям ученых, снижение половой пропорции говорит о крайне неблагоприятных, катастрофических условиях среды [8, 9].
Результаты исследования дозовой зависимости пиридоксина представлены на рис. 3.
Рис. 3. Влияние различной концентрации пиридоксина ( %) на общую численность дочернего поколения Drosophila melanogaster
Рис. 4. Влияние различных концентраций пиридоксина на вторичную половую пропорцию популяции Drosophila melanogaster. Условные обозначения: К1 – контроль 1 (на пиридоксин 0,05 %); К2 – контроль 2 (на пиридоксин 0,1 %); К3 – контроль 3 (на пиридоксин 0,5 %); П1 – пиридоксин 0,05 %; П2 – пиридоксин 0,1 %; П3 – пиридоксин 0,5 %
Анализ данных по витамину В6 выявил сходные с действием рибофлавина закономерности (рис. 3). При воздействии на популяцию дрозофилы низких доз препарата наблюдается увеличение численности потомства на 20 %. При использовании высоких доз численность дочернего поколения резко уменьшается, причем, чем выше концентрация препарата, тем меньше потомков: при 0,1 % рибофлавина снижение составляет 33 %, при 0,5 % рибофлавина – 52 %.
Анализ половой структуры дочернего поколения в контроле и при использовании различных концентраций пиридоксина также показал зависимость соотношения ♂:♀ от дозы витамина (рис. 4).
Аналогично влиянию рибофлавина, изменения нормальной вторичной половой пропорции популяции дрозофилы при воздействии слабой (0,05 %) и средней (0,1 %) концентрациями пиридоксина не наблюдается. Несмотря на то что численность самцов несколько преобладает над количеством самок, этот половой дисбаланс несущественен. Данный факт еще раз свидетельствует о положительном влиянии низких доз пиридоксина на организм. Использование более высоких доз пиридоксина (0,5 %) приводит к значительному снижению численности потомства по сравнению с контролем и изменению полового соотношения в сторону самок. Как выше уже отмечалось, такая диспропорция означает реакцию популяции на катастрофические условия окружающей среды, когда она стремится выжить за счет сверхпродукции мух женского пола. С помощью флуктуации полового состава популяция стремится приспособиться к меняющимся условиям среды. Эта корректировка осуществляется родительским поколением по мере оценки им качества среды.
Для изучения влияния витаминов В2 и В6 на некоторые генетические показатели популяции Drosophila melanogaster была оценена куколочная гибель как показатель доминантных летальных мутаций. Данные исследования, представленные в таблице, наглядно демонстрируют явление «доза – эффект» витаминных препаратов: чем выше концентрация вещества, к тем более серьезным повреждениям генетического аппарата они приводят.
Влияние различных концентраций витаминов В2 и В6 на куколочную гибель Drosophila melanogaster
|
вариант опыта |
№ повторности |
||||
|
1 (в %) |
2 (в %) |
3 (в %) |
4 (в %) |
5 (в %) |
|
|
Контроль 1 |
1,15 |
0,50 |
– |
0,70 |
0,30 |
|
Рибофлавин 0,05 % |
– (+) |
– (–) |
– (–) |
1,75 (–) |
– (–) |
|
Контроль 2 |
2,1 |
1,4 |
– |
– |
2,08 |
|
Рибофлавин 0,1 % |
3,3 (–) |
1,8 (–) |
– (–) |
– (–) |
2,24 (–) |
|
Контроль 3 |
– |
– |
1,59 |
– |
– |
|
Рибофлавин 0,5 % |
6,0 (+++) |
4,30 (++) |
2,06 (–) |
– (–) |
3,28 (++) |
|
Контроль 4 |
1,16 |
0,32 |
1,55 |
1,00 |
– |
|
Пиридоксин 0,05 % |
– (+) |
0,42 (–) |
– (+) |
1,06 (–) |
– (–) |
|
Контроль 5 |
0,66 |
– |
– |
– |
– |
|
Пиридоксин 0,1 % |
0,20 (–) |
1,11(+) |
3,2(++) |
3 (+++) |
– (–) |
|
Контроль 6 |
1,52 |
– |
– |
1,0 |
2,1 |
|
Пиридоксин 0,5 % |
7,3(+++) |
4.32(+++) |
4,2(+++) |
2,85 (++) |
3,48 (+) |
Условные обозначения: «+++» – достоверные отличия при р < 0,001; «++» – при р < 0,01 «+» – при р < 0,05; «–» – достоверные отличия отсутствуют.
Проведенное исследование показало, что низкие дозы рибофлавина и пиридоксина оказывают позитивное действие на биологические показатели Drosophila melanogaster, что выражается в увеличении численности потомства, в ускорении его развития, росте вторичной половой пропорции. Высокие концентрации В2 и В6 являются стрессом для популяции дрозофилы: приводят к снижению численности потомства и вторичного соотношения полов, к накоплению летальных мутаций.
Библиографическая ссылка
Сидорская В.А., Опарина С.А., Кончина Т.А. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РИБОФЛАВИНА И ПИРИДОКСИНА НА НЕКОТОРЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОПУЛЯЦИИ DROSOPHILA MELANOGASTER // Научное обозрение. Биологические науки. – 2021. – № 4. – С. 72-77;URL: https://science-biology.ru/ru/article/view?id=1246 (дата обращения: 23.11.2024).