toxreviewТоксикологический вестникToxicological Review0869-79223034-4611Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0869-7922-2024-32-3-187-194zeevzmtoxreview-858Research ArticleМЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙRESEARCH METHODSРазработка и валидация иммунохроматографической тест-системы для определения микроцистинов в воде и тканях пресноводных рыбDevelopment and validation of an immunochromatographic test system for the determination of microcystins in water and tissues of freshwater fishhttps://orcid.org/0009-0001-3977-4455СиньговЕвгений КонстантиновичSingovEvgeny K.

Кандидат мед. наук, начальник научно-исследовательской группы, ФГУП «НЦ "Сигнал"», 107014, Москва, Российская Федерация

e-mail: 9652291422@list.ru

Candidate of Medical Sciences, Head of the Research Group, FSUE NC Signal, 107014, Moscow, Russian Federation

e-mail: 9652291422@list.ru

9652291422@list.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9614-5236МоренковОлег СергеевичMorenkovOleg S.

Доктор биол. наук, директор Института биофизики клетки ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН», 142290, Московская область, Пущино, Российская Федерация

e-mail: morenkov_o@mail.ru

Doctor of Biological Sciences, Director of the Institute of Cell Biophysics of the Pushchinsky Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences, 142290, Moscow Region, Pushchino, Russian Federation

e-mail: morenkov_o@mail.ru

morenkov_o@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0008-0027-6994СипинСергей ВалерьевичSipinSergey V.

Старший научный сотрудник НИГ ФГУП «НЦ "Сигнал"», 107014, Москва, Российская Федерация

e-mail: reepper@mail.ru

Senior Researcher at NIG FSUE NC Signal, 107014, Moscow, Russian Federation

e-mail: reepper@mail.ru

reepper@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0993-7356ВрублевскаяВероника ВалерьевнаVrublevskayaVeronika V.

Ведущий научный сотрудник Института биофизики клетки ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН», 142290, Московская область, Пущино, Российская Федерация

e-mail: v_vrublevskaya@mail.ru

Senior Researcher at the Institute of Cell Biophysics of the Pushchinsky Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences, 142290, Moscow Region, Pushchino, Russian Federation

e-mail: v_vrublevskaya@mail.ru

v_vrublevskaya@mail.ruФГУП «Научный центр "Сигнал"»РоссияFederal state unitary enterprise "Scientific Center "Signal""Russian FederationИнститут биофизики клетки ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований российской академии наук»РоссияInstitute of Cell Biophysics, Federal Research Center “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”Russian Federation202427062024323187194Copyright © Синьгов Е.К., Моренков О.С., Сипин С.В., Врублевская В.В., 20242024Синьгов Е.К., Моренков О.С., Сипин С.В., Врублевская В.В.Singov E.K., Morenkov O.S., Sipin S.V., Vrublevskaya V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.toxreview.ru/jour/article/view/858Введение

Введение. Отдельные роды цианобактерий продуцируют гепатотоксины, относящиеся к группе микроцистинов (МЦ). В периоды «цветения» воды зарегистрированы случаи отравления и гибели рыб, птиц, диких и домашних животных, а также человека, связанные с потреблением воды, сине-зеленых водорослей или других гидробионтов, контаминированных МЦ. Своевременное выявление МЦ в водохранилищах, в питьевой воде и гидробионтах является основой для проведения профилактических мероприятий по предупреждению отравления людей и животных микроцистинами.

Результаты

Результаты. Разработана иммунохроматографическая тест-система для определения МЦ в питьевой воде, воде пресных водоемов и тканях рыб. При визуальном учете результатов анализа пороговая чувствительность тест-системы при определении МЦ-LR составляла не более 0,1 нг/мл для питьевой воды и не более 0,5 нг/мл для речной и озерной воды, что ниже установленных Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) и Роспотребнадзором предельных допустимых концентраций (ПДК) для МЦ-LR. При анализе тканей рыб пороговая чувствительность тест-системы составляла не более 3 нг/г ткани. Использование инструментального способа учета результатов приводило к снижению в 2–3 раза минимальной определяемой концентрации МЦ-LR. Тест-система позволяла проводить полуколичественное определение содержания МЦ в воде и тканях рыб и с различной эффективностью выявляла разные виды МЦ и структурно близкий гепатотоксин нодуларин.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Тест-система не позволяет выявлять некоторые виды МЦ, однако определяет наиболее распространённые и опасные виды, в том числе МЦ-LR.

Заключение

Заключение. Разработанная тест-система может быть использована для мониторинга содержания МЦ в питьевой воде, воде открытых водоемов и в тканях рыб.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов

Участие авторов. Все соавторы внесли равнозначный вклад в исследование и подготовку статьи к публикации.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование

Финансирование. Работа выполнена в соответствии с планами проведения научно-исследовательских работ ФГУП «Научный центр “Сигнал”» и Института биофизики клетки ФИЦ «ПНЦБИ РАН».

Поступила в редакцию

Поступила в редакцию: 18.12.2023 / Принята в печать: 05.05.2024 / Опубликована: 28.06.2024

Introduction

Introduction. Certain genera of cyanobacteria produce hepatotoxins associated with the group of microcystins (MCs). During periods of water blooms, cases of poisoning and death of fish, birds, wild and domestic animals, as well as humans, associated with the consumption of water, blue-green algae or other aquatic organisms contaminated with MC, have been recorded. Timely detection of MC in water reservoirs, in drinking water and in hydrobionts is necessary for carrying out preventive measures to prevent poisoning of people and animals with microcystins.

Results

Results. An immunochromatographic test system has been developed for the determination of MC in drinking water, fresh water and fish tissues. When using the visual method of recording the results, the detection limit of the test system for determining MC-LR was no more than 0.1 ng/ml for drinking water and no more than 0.5 ng/ml for river and lake water, which is lower than maximum allowable concentration for MC-LR established by the World Health Organization (WHO) and Rospotrebnadzor. When analyzing fish tissues, the detection limit of the test system was no more than 3 ng/g tissue. The use of an instrumental method for recording results led to a 2–3-fold decrease in the minimum detectable concentration of MC-LR. The test system allowed semi-quantitative determination of MC content in water and fish tissues and detected different types of MC and the structurally similar hepatotoxin nodularin with varying efficiency.

Limitations

Limitations. The test system does not allow the detection of some types of MC, but it identifies the most widespread and dangerous types, including MC-LR.

Conclusion

Conclusion. The developed test system can be used to monitor the content of MC in drinking water, water from open reservoirs and in fish tissues.

Compliance with ethical standards. The study does not require of the conclusion of the biomedical ethics committee or other documents.

Authors contribution

Authors contribution. All co-authors made an equal contribution to the research and preparation of the article for publication.

Conflict of interest

Conflict of interest. The author declare no conflict of interest.

Acknowledgment

Acknowledgment. The work was carried out in accordance with the research plans of the Federal State Unitary Enterprise “Scientific Center “Signal” and the Institute of Cell Biophysics of the Federal Research Center “PSCBI RAS”.

Received

Received: December 18, 2023 / Accepted: May 5, 2024 / Published: June 28, 2024

микроцистинынодуларинцианобактериииммунохроматографическая тест-системаmicrocystinsnodularincyanobacteriaimmunochromatographic test systemReferencesButler N., Carlisle J.C., Linville R., Washburn B. Microcystins: A brief overview of their toxicity and effects, with special reference to fish, wildlife, and livestock. CA.: California Environmental Protection Agency. OEHHA Ecotoxicology; 2009.Butler N., Carlisle J.C., Linville R., Washburn B. Microcystins: A brief overview of their toxicity and effects, with special reference to fish, wildlife, and livestock. CA.: California Environmental Protection Agency. OEHHA Ecotoxicology; 2009.Волошко Л.Н., Плющ А.В., Титова Н.Н. Токсины цианобактерий (Cyanobacteria, Cyanophyta). Альгология. 2008; 18(1): 3–20.Voloshko L.N., Plyushch A.V., Titova N.N. Cyanobacteria toxins (Cyanobacteria, Cyanophyta). Al’gologiya. 2008; 18(1): 3–20 (in Russian)Carmichael W.W. The cyanotoxins. Advances in Botanical Research. 1997; 27: 211–56. https://doi.org/10.1016/S0065-2296(08)60282-7Carmichael W.W. The cyanotoxins. Advances in Botanical Research. 1997; 27: 211–56. https://doi.org/10.1016/S0065-2296(08)60282-7Sivonen K., Borner T. Bioactive compounds produced by cyanobacteria. In: Herrero A., Flores E., eds. The Cyanobacteria Molecular Biology, Genomics and Evolution. Norfolk, UK: Caiser Academic Press; 2008: 158–97. https://doi.org/10.21775/9781910190432Sivonen K., Borner T. Bioactive compounds produced by cyanobacteria. In: Herrero A., Flores E., eds. The Cyanobacteria Molecular Biology, Genomics and Evolution. Norfolk, UK: Caiser Academic Press; 2008: 158–97. https://doi.org/10.21775/9781910190432Ibelings B.W., Chorus I. Accumulation of cyanobacterial toxins in freshwater “seafood” and its consequences for public health: a review. Environ. Pollut. 2007; 150: 177–92.Ibelings B.W., Chorus I. Accumulation of cyanobacterial toxins in freshwater “seafood” and its consequences for public health: a review. Environ. Pollut. 2007; 150: 177–92.Румянцев В.А., Крюков Л.Н., Поздняков Ш.Р., Жуковский А.В. Цианобактериальное «цветение» воды – источник проблем природопользования и стимул инноваций в России. Общество. Среда. Развитие. 2011; 2: 222–8.Rumyancev V.A., Kryukov L.N., Pozdnyakov SH.R., Zhukovskij A.V. Cyanobacterial “blooming” of water is a source of environmental management problems and a stimulus for innovation in Russia. Obshchestvo. Sreda. Razvitie. 2011; 2: 222–28. (in Russian)Landsberg J.H. The Effects of Harmful Algal Blooms on Aquatic Organisms. Reviews in Fisheries Science. 2002; 10 (2): 113-390. https://doi.org/10.1080/20026491051695Landsberg J.H. The Effects of Harmful Algal Blooms on Aquatic Organisms. Reviews in Fisheries Science. 2002; 10 (2): 113-390. https://doi.org/10.1080/20026491051695Stewart I., Seawright A.A., Shaw G.R. Cyanobacterial poisoning in livestock, wild mammals and birds – an overview. Adv. Exp. Med. Biol. 2008; 619: 613–37. https://doi.org/10.1007/978-0-387-75865-7_28Stewart I., Seawright A.A., Shaw G.R. Cyanobacterial poisoning in livestock, wild mammals and birds – an overview. Adv. Exp. Med. Biol. 2008; 619: 613–37. https://doi.org/10.1007/978-0-387-75865-7_28Zhou L., Yu H., Chen K. Relationship between microcystin in drinking water and colorectal cancer. Biomed. Environ. Sci. 2002; 15(2): 166–71.Zhou L., Yu H., Chen K. Relationship between microcystin in drinking water and colorectal cancer. Biomed. Environ. Sci. 2002; 15(2): 166–71.Пряхин Е.А., Тряпицина Г.А., Ячменев В.А., Бурмистрова А.Л., Андреев С.С., Сафонова Е.В. и др. Оценка токсических свойств цианобактерий Шершневского водохранилища Челябинской области. Гигиена и санитария. 2008; 1: 73–5.Pryahin E.A., Tryapicina G.A., YAchmenev V.A., Burmistrova A.L., Andreev S.S., Safonova E.V., et al. Assessment of the toxic properties of cyanobacteria in the Shershnevsky reservoir, Chelyabinsk region. Gigiena i sanitariya. 2008; 1: 73–5 (in Russian)Voloshko L., Kopecky J., Safronova T., Pljusch A., Titova N., Hrouzek P., Drabkova V. Toxins and other bioactive compounds produced by cyanobacteria in Lake Ladoga. Estonian J. Ecol. 2008; 57(2): 100–10. https://doi.org/10.3176/eco.2008.2.02Voloshko L., Kopecky J., Safronova T., Pljusch A., Titova N., Hrouzek P., Drabkova V. Toxins and other bioactive compounds produced by cyanobacteria in Lake Ladoga. Estonian J. Ecol. 2008; 57(2): 100–10. https://doi.org/10.3176/eco.2008.2.02Тихонова И.В., Белых О.И., Помазкина Г.В., Гладких А.С. Анализ цианобактерий озера Байкал и Усть-Илимского водохранилища на наличие гена синтеза микроцистина. Доклады АН. 2006; 409(3): 425–7.Tihonova I.V., Belyh O.I., Pomazkina G.V., Gladkih A.S. Analysis of cyanobacteria from Lake Baikal and the Ust-Ilimsk reservoir for the presence of the microcystin synthesis gene. Doklady AN [Analiz cianobakterij ozera Bajkal i Ust`-Ilimskogo vodoxranilishha na nalichie gena sinteza mikrocistina. Doklady` AN.]. 2006; 409(3): 425–7. (in Russian)Тихонова И.В., Гладких А.С., Белых О.И., Сороковикова Е.Г. Выявление потенциально токсичных цианобактерий в озере Байкал и водохранилищах Иркутской области с помощью полимеразной цепной реакции. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2006; 2: 202–5.Tihonova I.V., Gladkih A.S., Belyh O.I., Sorokovikova E.G. Identification of potentially toxic cyanobacteria in Lake Baikal and reservoirs of the Irkutsk region using polymerase chain reaction. Byulleten’ VSNC SO RAMN. 2006; 2: 202–25. (in Russian)Белых О.И., Тихонова И.В., Сороковикова Е.Г., Гладких А.С., Калюжная О.В. Выявление токсичных Microcystis в озере Котокельское (Бурятия). Вестник Томского государственного университета. Биология. 2009; 330: 172–5.Belyh O.I., Tihonova I.V., Sorokovikova E.G., Gladkih A.S., Kalyuzhnaya O.V. Detection of toxic Microcystis in Lake Kotokelskoe (Buryatia). Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya. 2009; 330: 172–5. (in Russian)Никаноров А.М., Хоружая Т.А., Минина Л.И., Мартышева Н.А. Опасность «цветения» Цимлянского водохранилища. Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2011; 38(28): 70–4.Nikanorov A.M., Horuzhaya T.A., Minina L.I., Martysheva N.A. The danger of “blooming” of the Tsimlyansk reservoir. Vodoochistka. Vodopodgotovka. Vodosnabzhenie. 2011; 38(28): 70–4. (in Russian)Белых О.И., Гладких А.С., Сороковикова Е.Г., Тихонова И.В., Потапов С.А., Федорова Г.А. Микроцистин-продуцирующие цианобактерии в водоемах России, Беларуси и Украины. Химия в интересах устойчивого развития. 2013; 21: 363–78.Belyh O.I., Gladkih A.S., Sorokovikova E.G., Tihonova I.V., Potapov S.A., Fedorova G.A. Microcystin-producing cyanobacteria in water bodies of Russia, Belarus and Ukraine. Khimiya v interesah ustojchivogo razvitiya. 2013; 21: 363–78. (in Russian)Fastner J., Humpage A. Hepatotoxic cyclic peptides – microcystins and nodularins. In: Chorus I., Welker M., eds. Toxic Cyanobacteria in Water. FL.: CRC Press; 2021: 21–52.Fastner J., Humpage A. Hepatotoxic cyclic peptides – microcystins and nodularins. In: Chorus I., Welker M., eds. Toxic Cyanobacteria in Water. FL.: CRC Press; 2021: 21–52.Chorus I., Bartram J. Toxic Cyanobacteria in Water: A guide to their public health consequences, monitoring and management. London and N.Y.: E & FN Spon; 1999.Chorus I., Bartram J. Toxic Cyanobacteria in Water: A guide to their public health consequences, monitoring and management. London and N.Y.: E & FN Spon; 1999.World Health Organization, Guidelines for Drinking Water Quality. In: Health Criteria and Other Supporting Information. World Health Organization. 2-nd ed. Geneva: 1998; 2: 95–110.World Health Organization, Guidelines for Drinking Water Quality. In: Health Criteria and Other Supporting Information. World Health Organization. 2-nd ed. Geneva: 1998; 2: 95–110.Санитарные правила и нормы (СанПиН 1.2.3685–21). «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» от 28 января 2021 г.Sanitary rules and regulations (SanPiN 1.2.3685–21). “Hygienic standards and requirements for ensuring the safety and (or) harmlessness of environmental factors to humans” dated January 28, 2021 [Sanitarny`e pravila i normy` (SanPiN 1.2.3685–21). “Gigienicheskie normativy` i trebovaniya k obespecheniyu bezopasnosti i (ili) bezvrednosti dlya cheloveka faktorov sredy` obitaniya” ot 28 yanvarya 2021 g.]. (in Russian)Testai E., Buratti F.M., Funari E., Manganelli M., Vichi S., Arnich A., Biré R., Fessard V., Sialehaamoa A. Review and analysis of occurrence, exposure and toxicity of cyanobacteria toxins in food. EFSA Supporting Publications. 2016; 13(2): 998E. https://doi.org/10.2903/sp.efsa.2016.EN-998Testai E., Buratti F.M., Funari E., Manganelli M., Vichi S., Arnich A., Biré R., Fessard V., Sialehaamoa A. Review and analysis of occurrence, exposure and toxicity of cyanobacteria toxins in food. EFSA Supporting Publications. 2016; 13(2): 998E. https://doi.org/10.2903/sp.efsa.2016.EN-998Зверева Е.А., Гендриксон О.Д., Жердев А.В., Дзантиев Б.Б. Иммунохроматографические тест-системы для детекции микроцистина-LR в морепродуктах. Прикладная биохимия и микробиология. 2021; 57(3): 303–10. https://doi.org/10.31857/S055510992103017XZvereva E.A., Gendrikson O.D., ZHerdev A.V., Dzantiev B.B. Immunochromatographic test systems for the detection of microcystin-LR in seafood. Prikladnaya biohimiya i mikrobiologiya. 2021; 57(3): 303–10. https://doi.org/10.31857/S055510992103017X (in Russian)Liu L., Xing C., Yan H., Kuang H., Xu C. Development of an ELISA and Immunochromatographic Strip for Highly Sensitive Detection of Microcystin-LR. Sensors. 2014; 14(8): 14672–85. https://doi.org/10.3390/s140814672Liu L., Xing C., Yan H., Kuang H., Xu C. Development of an ELISA and Immunochromatographic Strip for Highly Sensitive Detection of Microcystin-LR. Sensors. 2014; 14(8): 14672–85. https://doi.org/10.3390/s140814672Pyo D., Choi J., Hong J., Oo H.H. Rapid analytical detection of microcystins using gold colloidal immunochromatographic strip. J. Immunoassay Immunochem. 2006; 27(4): 291–302. https://doi.org/10.1080/15321810600862355Pyo D., Choi J., Hong J., Oo H.H. Rapid analytical detection of microcystins using gold colloidal immunochromatographic strip. J. Immunoassay Immunochem. 2006; 27(4): 291–302. https://doi.org/10.1080/15321810600862355Sun J., Li Y., Pi F., Ji J., Zhang Y., Sun X. Using fluorescence immunochromatographic test strips based on quantum dots for the rapid and sensitive determination of microcystin-LR. Anal. Bioanal. Chem. 2017; 409(8): 2213–2220. https://doi.org/10.1007/s00216-016-0166-9Sun J., Li Y., Pi F., Ji J., Zhang Y., Sun X. Using fluorescence immunochromatographic test strips based on quantum dots for the rapid and sensitive determination of microcystin-LR. Anal. Bioanal. Chem. 2017; 409(8): 2213–2220. https://doi.org/10.1007/s00216-016-0166-9Tippkötter N., Stückmann H., Kroll S., Winkelmann G., Noack U., Scheper T., Ulber R. A semi-quantitative dipstick assay for microcystin. Anal. Bioanal. Chem. 2009; 394(3): 863–9. https://doi.org/10.1007/s00216-009-2750-8Tippkötter N., Stückmann H., Kroll S., Winkelmann G., Noack U., Scheper T., Ulber R. A semi-quantitative dipstick assay for microcystin. Anal. Bioanal. Chem. 2009; 394(3): 863–9. https://doi.org/10.1007/s00216-009-2750-8Xing C., Liu L., Song S., Feng M., Kuang H., Xu C. Ultrasensitive immunochromatographic assay for the simultaneous detection of five chemicals in drinking water. Biosens. Bioelectron. 2015; 66: 445–53. https://doi.org/10.1007/s00128-017-2047-0Xing C., Liu L., Song S., Feng M., Kuang H., Xu C. Ultrasensitive immunochromatographic assay for the simultaneous detection of five chemicals in drinking water. Biosens. Bioelectron. 2015; 66: 445–53. https://doi.org/10.1007/s00128-017-2047-0Zvereva E.A., Hendrickson O.D., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Immunochromatographic tests for the detection of microcystin-LR toxin in water and fish samples. Anal. Methods. 2020; 12: 392–400. https://doi.org/10.1039/C9AY01970GZvereva E.A., Hendrickson O.D., Zherdev A.V., Dzantiev B.B. Immunochromatographic tests for the detection of microcystin-LR toxin in water and fish samples. Anal. Methods. 2020; 12: 392–400. https://doi.org/10.1039/C9AY01970GChu F.S., Huang X., Wei R.D., Carmichael W.W. Production and characterization of antibodies against microcystins. Appl. Environ. Microbiol. 1989; 55: 1928–33. https://doi.org/10.1128/aem.55.8.1928-1933.1989Chu F.S., Huang X., Wei R.D., Carmichael W.W. Production and characterization of antibodies against microcystins. Appl. Environ. Microbiol. 1989; 55: 1928–33. https://doi.org/10.1128/aem.55.8.1928-1933.1989Frens G. Controlled nucleation for the regulation of the particle size in monodisperse gold solution. Nat. Phys. Sci. 1973; 241: 20–2.Frens G. Controlled nucleation for the regulation of the particle size in monodisperse gold solution. Nat. Phys. Sci. 1973; 241: 20–2.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.