Разработка и валидация иммунохроматографической тест-системы для определения микроцистинов в воде и тканях пресноводных рыб

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

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

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

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

1. 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.

2. Волошко Л.Н., Плющ А.В., Титова Н.Н. Токсины цианобактерий (Cyanobacteria, Cyanophyta). Альгология. 2008; 18(1): 3–20.

3. Carmichael W.W. The cyanotoxins. Advances in Botanical Research. 1997; 27: 211–56. https://doi.org/10.1016/S0065-2296(08)60282-7

4. Sivonen 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/10.21775/9781910190432

5. 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.

6. 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.

7. Landsberg J.H. The Effects of Harmful Algal Blooms on Aquatic Organisms. Reviews in Fisheries Science. 2002; 10 (2): 113-390. https://doi.org/10.1080/20026491051695

8. Stewart 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_28

9. Zhou L., Yu H., Chen K. Relationship between microcystin in drinking water and colorectal cancer. Biomed. Environ. Sci. 2002; 15(2): 166–71.

10. 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.

11. 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.2008.2.02

12. Тихонова 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.

13. 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.

14. 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.

15. Никаноров А.М., Хоружая Т.А., Минина Л.И., Мартышева Н.А. Опасность «цветения» Цимлянского водохранилища. Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2011; 38(28): 70–4.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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-998

22. Зверева 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/S055510992103017X

23. 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/s140814672

24. Pyo 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/10.1080/15321810600862355

25. Sun 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/s00216-016-0166-9

26. Tippkötter 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/s00216-009-2750-8

27. Xing 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/s00128-017-2047-0

28. Zvereva 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/C9AY01970G

29. Chu 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.55.8.1928-1933.1989

30. Frens G. Controlled nucleation for the regulation of the particle size in monodisperse gold solution. Nat. Phys. Sci. 1973; 241: 20–2.