Доктор биол. наук, заведующий лабораторией физиологии и токсикологии водных животных ФГБУН «Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина» РАН, Ярославская область, 152742, г. Борок, Российская Федерация.
e-mail: gchuiko@ibiw.ru
Head of the Laboratory of Physiology and Toxicology of Aquatic Animals of the I.D. Papanin Institute of Biology of Inland Waters of the Russian Academy of Sciences, Doctor of Biological Sciences, 152742, Yaroslavl Region, Borok village, Russian Federation.
e-mail: gchuiko@ibiw.ru
Введение. Современная экотоксикология для обнаружения, количественной и качественной оценки содержания токсикантов в окружающей среде и живых организмах использует весь спектр химико-аналитических методов. Однако для этой науки специфичны методы биодиагностики.
Материал и методы. В статье обобщены сведения об использовании в водной экотоксикологии современных методов биодиагностики: биомаркирования, биотестирования и биоиндикации.
Результаты. Основным преимуществом биодиагностики перед физико-химическими методами анализа является возможность выявления биологических последствий действия одного стрессового фактора или их сочетания. В то же время биодиагностические методы позволяют фиксировать аддитивность, антагонизм и синергизм их совместного действия. Биомаркирование отличается от других методов биодиагностики временем отклика от нескольких минут до нескольких суток, высокой чувствительностью и достаточной специфичностью, так как дает возможность регистрировать изменения, происходящие в биологической системе на ранних этапах действия факторов при их малой интенсивности, и при этом в некоторых случаях выявить характер стресс-фактора. Биотестирование имеет более длительное время отклика, чем биомаркирование (от нескольких часов до нескольких недель), но экологическая значимость на уровне особи более очевидна: гибель организма, снижение репродуктивной способности вплоть до прекращения размножения, нарушение роста, развития, различных типов поведения и т. д. Биоиндикация характеризуется достаточно длительной задержкой ответов надорганизменных биосистем на действие стрессового фактора от нескольких недель до нескольких лет. В то же время биоиндикация позволяет более адекватно и достоверно оценивать изменения, произошедшие за длительный период действия негативного фактора, прогнозировать варианты дальнейшего развития экосистем.
Ограничения исследования. Методы биодиагностики в водной экотоксикологии не имеют ограничений использования. Однако в отличии от методов физико-химического анализа они не позволяют дать количественную, а иногда и качественную оценку стресс-фактора. Поэтому их следует использовать совместно с методами качественного и количественного физико-химического анализа.
Заключение. Таким образом, биодиагностический подход, включающий биомаркирование, биотестирование и биоиндикацию, совместно с физико-химическим анализом, играет важную роль в современной комплексной системе оценки экологического состояния водоемов и антропогенного воздействия на них.
Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.
Участие авторов: Чуйко Г.М. — концепция исследования, сбор и обработка материала, написание текста; Томилина И.И., Холмогорова Н.В. — сбор и обработка материала, написание текста.Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Работа выполнена в рамках плановой темы № 121050500046-8, при частичной поддержке грантов РФФИ (№ 08-05-00805, 12-05-00572) и приоритетного проекта Оздоровление Волги по теме № г.р. АААА-А18-118052590015-9.
Поступила в редакцию: 08 сентября 2022 / Принята в печать: 22 сентября 2022 / Опубликована: 30 октября 2022
Introduction. Modern ecotoxicology for the detection, quantitative and qualitative assessment of the content of toxicants in the environment and living organisms uses the entire spectrum of chemical-analytical methods. However, methods of biodiagnostics are specific to this science.
Materials and methods. The paper summarizes information on the use of modern methods of biodiagnostics in aquatic ecotoxicology: biomarking, biotesting and bioindication.
Results. The main advantage of biodiagnostics over physicochemical methods of analysis is the ability to identify the biological consequences of the action of a single stress factor or their combination. At the same time, biodiagnostic methods allow fixing the additivity, antagonism and synergy of their joint action. Biomarking differs from other biodiagnostic methods in response time from several minutes to several days, high sensitivity and sufficient specificity, since it gives the ability to register the changes occurring in the biological system at the early stages of the action of factors at their low intensity and at the same time identify the nature of the stress factor. Biotesting has a slower response time than biomarking (from several hours to several weeks), but the ecological significance at the level of an individual is more obvious: the death of an organism, a decrease in reproductive ability up to the cessation of reproduction, disruption of growth, development, various types of behavior, etc. Bioindication is characterized by a sufficiently long-time delay of responses of supraorganismal biosystems to the action of a stress factor from several weeks to several years. At the same time, it makes possible assess more adequately and reliably the changes that have occurred over a long period of timeоf stress factor action in order to predict options for the further development of ecosystems.
Limitations. Methods of biodiagnostics in aquatic ecotoxicology have no restrictions on their use. However, unlike the methods of physicochemical analysis, they do not allow a quantitative, and sometimes a qualitative assessment of the stress factor. Therefore, they should be used in conjunction with the methods of qualitative and quantitative physicochemical analysis.
Conclusion. Thus, the biodiagnostic approach, including biomarking, biotesting, and bioindication, together with physics and chemicals analysis plays an important role in the modern integrated system for assessing the ecological state of water bodies and anthropogenic impact on them.
Compliance with ethical standards. The study does not require submission of the opinion of the biomedical ethics committee or other documents.
Author contributions: Chuiko G.M. — the concept of the study, the collection and processing of material, writing the text; Tomilina I.I., Kholmogorova N.V. — collection and processing of material, writing the text. All co-authors — approval of the final version of the article, responsibility for the integrity of all parts of the article.
Conflict of interests. The authors declare no conflict of interest.
Acknowledgements: The work was carried out within the framework of the planned theme No. 121050500046-8, with partial support from RFBR grants (No AAAA-A18-118052590015-9.)
Received: September 08, 2022 / Accepted: September 22, 2022 / Published: October 30, 2022
The authors declare that there are no conflicts of interest present.