Бронхиальная астма… Это заболевание известно с давних времен. В переводе с греческого «астма» означает «удушье», «одышка». Поскольку они связаны с бронхами, то более точное название «Бронхиальная астма». Это одно из наиболее распространенных заболеваний современного мира. Среди взрослого населения болезнь регистрируется более чем в 5% случаев, у детей вдвое чаще. По последним данным число больных астмой в России приближается к 7 млн. человек. Астма не знает возрастных границ. Признана наследственная предрасположенность к заболеванию. Часто в семье болеют несколько человек. Ранняя диагностика и соответствующее лечение заболевания приводит к значительному улучшению или стойкой ремиссии.
Факторами риска в развитии заболевания являются наследственность, атопия (склонность к аллергическим реакциям), длительный приём лекарств, употребление пищевых добавок, курение, загрязнение воздуха, вирусная и паразитарная инфекция, недоношенность, недостаточное питание, профессиональные вредности (пыль, токсические вещества).
Наиболее распространенный аллерген – это домашний пылевой клещ, животные покрытые шерстью, библиотечная пыль, тараканы, плесень, пыльца растений и деревьев. Выявить аллерген, вызывающий приступ у конкретного человека, можно с помощью кожных аллергических проб, а также методом определения специфического иммуноглобулина Е.
Бронхиальная астма – аллергическое заболевание, обусловленное обратимой обструкцией бронхиального дерева вследствие спазма гладкой мускулатуры бронхов, отека слизистой оболочки бронхиального дерева и скопления вязкого секрета в просвете бронхов. Приступ удушья развивается остро. Происходит нарушение легочной вентиляции. В акт дыхания активно включается дыхательная мускулатура верхнего плечевого пояса, грудной клетки, брюшного пресса. Выдох продолжительный, одышка носит экспираторный характер.
Клиническая астма проявляется в виде приступов удушья, эпизодически возникающей одышки, хрипов в легких и кашля, в особенности ночью и ранним утром. У некоторых больных бронхиальной астмой перед приступом удушья появляются предвестники – головная боль, вазомоторный ринит, чувство стеснения в груди, зуд и др. Чаще приступу бронхиальной астмы предшествует сухой мучительный кашель. В начале приступа больной замечает, что к возникновению кашля начинает присоединяться затруднение дыхания, выдох производится с затруднением. Постепенно возникает чувство удушья. Дыхание становится хриплым, шумным. На расстоянии от больного можно слышать хрипы в грудной клетке (дистанционные хрипы).
Больной бронхиальной астмой фиксирует верхний плечевой пояс, принимая характерные позы и тем самым, облегчая работу дыхательной мускулатуры. Яремная и подключичные ямки западают. Создается впечатление короткой и глубоко посаженной шеи. Частота дыхания может не изменяться, хотя иногда бывает как бради-, так и тахипноэ. Приступ заканчивается возобновлением кашля и отхождением мокроты, сначала вязкой, потом более жидкой. Иногда откашливается мокрота в виде слепка бронха.
При обследовании больного во время приступа можно выявить признаками эмфиземы легких – вздутая грудная клетка, коробочный звук при перкуссии, границы легких опущены, экскурсия легких снижена. При аускультации дыхание – ослабленное везикулярное, выявляются сухие свистящие и жужжащие хрипы преимущественно в фазе выдоха. Приступ бронхиальной астмы в ряде случаев трансформируется в астматический статус – как крайнюю степень обострения бронхиальной астмы. Астматический статус характеризуется, с одной стороны нарастающим по своей интенсивности приступом удушья, а с другой – снижением эффективности бронхорасширяющих средств. Появляется неэффективный и непродуктивный кашель.
Различают три стадии астматического статуса.
Стадия I – это затянувшийся приступ бронхиальной астмы. Отличительной чертой его является то, что прогрессивно снижается бронходилатирующая реакция на вводимые и ингалируемые симпатомиметики и препараты ксантиновой группы. При аускультации легких выслушиваются рассеянные сухие хрипы, интенсивность которых возрастает при выдохе и во время кашля.
При II стадии в легких начинают исчезать как хрипы, так и дыхательные шумы, что происходит вследствие закупорки густым и вязким секретом просвета бронхиального дерева. При аускультации может наблюдаться мозаичная картина – одни участки вентилируются лучшее, другие – хуже, вследствие чего дыхание проводится на разных участках по-разному. Эта стадия быстро перерастает в III стадию – гипоксической и гиперкапнической комы. Больной неадекватен, сознание спутанное, постепенно нарастают признаки гипоксической комы, за которой следует остановка дыхания и сердечной деятельности.
Неотложная помощь при приступе Бронхиальной астмы заключается в предоставлении больному максимально удобных условий, создания удобной обстановки вокруг него, предоставлении теплого питья.
В случаях легкого приступа бронхиальной астмы можно применить таблетированные противоастматические препараты. Назначают увлажненный кислород, вибромассаж.
Во II стадии астматического статуса продолжают введение гормональных препаратов внутривенно, а также в таблетках, увеличивая дозу в 1,5-2 раза.
Больной в III стадии астматического статуса – гипоксической коме – должен переводиться на искусственную вентиляцию легких в условиях реанимационного отделения или отделения интенсивной терапии. Продолжают введение гормональных препаратов, бронхолитиков, борьбу с дыхательной недостаточностью, нарушениями кислотно-щелочного равновесия. Критериями улучшения состояния больного являются ослабление чувства удушья, начало отхождения мокроты, больной становится более спокойным. Уменьшается количество сухих хрипов в легких, а в стадии «немого» легкого, наоборот, их появление свидетельствует об улучшении состояния больного.
При отсутствии эффекта от лечения, проводимого в амбулаторных условиях, необходима срочная госпитализация. Транспортировка предпочтительно в положении сидя.
Астма – заболевание хроническое. Для стабилизации состояния, уменьшения частоты возникновения обострений, лечение Бронхиальной астмы и профилактику возникновения приступов нужно проводить постоянно.
Для профилактики обострений и лечения бронхиальной астмы используются противовоспалительные средства. Они не эффективны при приступе, но при регулярном применении предотвращают обострение болезни. Противовоспалительные препараты делятся на две большие группы:
негормональные и гормональные. Негормональные препараты используются в основном при лечении бронхиальной астмы у детей, либо при впервые возникшей атопической (аллергической) бронхиальной астме у лиц молодого возраста. Гормональные препараты являются самым мощным противовоспалительным средством лечения бронхиальной астмы. Они уменьшают отек, способствуют отхождению мокроты, предупреждают бронхоспазм. Эти лекарства выпускаются в виде дозирующих аэрозольных ингаляторов, таблеток, растворов для инъекций. Больной астмой, который лечится ингаляционными стероидами, получает дозу препарата во много раз меньшую, чем, если бы он принимал данный препарат в таблетированном виде. Такие дозы очень эффективны и, что крайне важно безопасны. Они почти не попадают в кровь и не действуют на организм в целом. Несмотря на это, назначать и контролировать прием данных препаратов должен врач терапевт или пульмонолог.
Белки
[править]
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
У этого термина существуют и другие значения, см. Белки (значения).
Белки́ (протеи́ны, полипепти́ды[1]) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью аминокислот. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций дают большое разнообразие свойств молекул белков. Кроме того, аминокислоты в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс.
Кристаллы различных белков, выращенные на космической станции «Мир» и во время полётов шаттлов НАСА. Высокоочищенные белки при низкой температуре образуют кристаллы, которые используют для получения модели данного белка.Содержание [убрать]
1 История изучения
2 Свойства
2.1 Денатурация
2.2 Простые и сложные белки
3 Структура белка
3.1 Уровни структуры белка
3.2 Образование и поддержание структуры белков в живых организмах
4 Синтез белков
4.1 Химический синтез
4.2 Биосинтез белков
4.2.1 Универсальный способ: рибосомный синтез
4.2.2 Нерибосомный синтез
5 Внутриклеточный транспорт и сортировка белков
6 Посттрансляционная модификация белков
7 Функции белков в организме
7.1 Каталитическая функция
7.2 Структурная функция
7.3 Защитная функция
7.4 Регуляторная функция
7.5 Транспортная функция
7.6 Запасная (резервная) функция белков
7.7 Рецепторная функция
7.8 Моторная и сократительные функции
8 Белки в обмене веществ
9 Методы количественного определения белков
10 Примечания
11 См. также
12 Литература
13 Ссылки
Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров — полисахаридов и ДНК. Так, белки-ферменты катализируют протекание биохимических реакций и играют важную роль в обмене веществ. Некоторые белки выполняют структурную или механическую функцию, образуя цитоскелет, поддерживающий форму клеток. Также белки играют важную роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и в клеточном цикле.
Белки — важная часть питания животных и человека, поскольку в их организме не могут синтезироваться все необходимые аминокислоты и часть из них поступает с белковой пищей. В процессе пищеварения ферменты разрушают потреблённые белки до аминокислот, которые используются при биосинтезе белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.
Определение аминокислотной последовательности первого белка — инсулина — методом секвенирования белков принесло Фредерику Сенгеру Нобелевскую премию по химии в 1958 году. Первые трёхмерные структуры белков гемоглобина и миоглобина были получены методом дифракции рентгеновских лучей, соответственно, Максом Перуцем и Джоном Кендрю в 1958 году[2][3], за что в 1962 году они получили Нобелевскую премию по химии.
[править]
История изучения
Антуан Франсуа де Фуркруа, основоположник изучения белков
Белки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана Фуркруа и других учёных, в которых было отмечено свойство белков коагулировать (денатурировать) под воздействием нагревания или кислот. В то время были исследованы такие белки, как альбумин («яичный белок»), фибрин (белок из крови) и глютен из зерна пшеницы. Голландский химик Геррит Мульдер провёл анализ состава белков и выдвинул гипотезу, что практически все белки имеют сходную эмпирическую формулу. Термин «протеин» для обозначения подобных молекул был предложен в 1838 году сотрудником Мульдера Якобом Берцелиусом [4]. Мульдер также определил продукты разрушения белков — аминокислоты и для одной из них (лейцина) почти точно определил молекулярную массу — 131 дальтон. В 1836 Мулдер предложил первую модель химического строения белков. Основываясь на теории радикалов он сформулировал понятие о минимальной структурной единице состава белка, C16H24N4O5, которая была названа протеин (Pr), а теория — теорией протеина [5]. По мере накопления новых данных о белках теория неоднократно подвергалась критике, но до конца 1850-х оставалась общепризнанной.
К концу XIX века было исследовано большинство аминокислот, которые входят в состав белков. В 1894 году немецкий физиолог Альбрехт Коссель выдвинул теорию, согласно которой именно аминокислоты являются основными структурными элементами белков[6]. В начале XX века немецкий химик Эмиль Фишер экспериментально доказал, что белки состоят из аминокислотных остатков, соединённых пептидными связями. Он же осуществил первый анализ аминокислотной последовательности белка и объяснил явление протеолиза
Однако центральная роль белков в организмах не была признана до 1926 года, когда американский химик Джеймс Самнер (впоследствии — лауреат Нобелевской премии) показал, что фермент уреаза была белком[7].
Изучению белков препятствовала сложность их выделения. Поэтому первые исследования белков проводились с использованием тех полипептидов, которые могли быть очищены в большом количестве, то есть белков крови, куриных яиц, различных токсинов и пищеварительных/метаболических ферментов, которые можно было выделить в местах забоя скота. В конце 1950-х годов компания Armour Hot Dog Co смогла очистить килограмм бычьей панкреатической рибонуклеазы А, которая стала экспериментальным объектом для многих учёных.
Идея о том, что вторичная структура белков образуется в результате образования водородных связей между аминокислотами, была высказана Уильямом Астбери в 1933 году, но Лайнус Полинг считается первым учёным, который смог успешно предсказать вторичную структуру белков. Позднее Уолтер Каузман, опираясь на работы Кая Линдерстрём-Ланга, внёс весомый вклад в понимание законов образования третичной структуры белков и роли в этом процессе гидрофобных взаимодействий. В 1949 году Фред Сенгер определил аминокислотную последовательность инсулина, продемонстрировав таким способом, что белки — это линейные полимеры аминокислот, а не их разветвлённые (как у некоторых сахаров) цепи, коллоиды или циклолы. Первые структуры белков, основанные на дифракции рентгеновских лучей на уровне отдельных атомов были получены в 1960-х годах и с помощью ЯМР в 1980-х годах. В 2006 году Банк данных о белках (Protein Data Bank) содержал около 40 000 структур белков.
В XXI веке исследование белков перешло на качественно новый уровень, когда исследуются не только индивидуальные очищенные белки, но и одновременное изменение количества и посттрансляционных модификаций большого числа белков отдельных клеток, тканей или организмов. Эта область биохимии называется протеомикой. С помощью методов биоинформатики стало возможно не только обработать данные рентгенно-структурного анализа, но и предсказать структуру белка, основываясь на его аминокислотной последовательности. В настоящее время криоэлектронная микроскопия больших белковых комплексов и предсказание малых белков и доменов больших белков с помощью компьютерных программ по точности приближаются к разрешению структур на атомном уровне.
[править]
Свойства
Сравнительный размер белков. Слева направо: Антитело (IgG), гемоглобин, инсулин (гормон), аденилаткиназа (фермент) и глютаминсинтетаза (фермент)
Размер белка может измеряться в числе аминокислот или в дальтонах (молекулярная масса), чаще из-за относительно большой величины молекулы в производных единицах — килодальтонах (кДа). Белки дрожжей, в среднем, состоят из 466 аминокислот и имеют молекулярную массу 53 кДа. Самый большой из известных в настоящее время белков — титин (другие названия: тайтин, коннектин) — является компонентом саркомеров мускулов; молекулярная масса его различных изоформ варьирует в интервале от 3 000 до 3 700 кДа, он состоит из 38 138 аминокислот (в человеческой мышце solius[8]).
Белки являются амфотерными полиэлектролитами (полиамфолитами), при этом группами, способными к ионизации в растворе, являются карбоксильные остатки боковых цепей кислых аминокислот (аспарагиновая и глутаминовая кислоты) и азотсодержащие группы боковых цепей основных аминокислот (в первую очередь ω-аминогруппа лизина и амидиновый остаток CNH(NH2) аргинина, в несколько меньшей степени — имидазольный остаток гистидина). Белки как полиамфолиты характеризуются изоэлектрической точкой (pI) — кислотностью среды рН, при которой молекулы данного белка не несут электрического заряда и, соответственно, не перемещаются в электрическом поле (например, при электрофорезе). Величина pI определяется отношением кислотных и основных аминокислотных остатков в белке: увеличение количества остатков основных аминокислот в данном белке ведёт к увеличению pI; увеличение количества остатков кислых аминокислот приводит к снижению значения pI.
Значение изоэлектрической точки является характерной константой белков. Белки с pI меньше 7 называются кислотными, а белки с pI больше 7 — основными. В целом, pI белка зависит от выполняемой им функции: изоэлектрическая точка большинства белков тканей позвоночных лежит в пределах от 5,5 до 7,0, однако в некоторых случаях значения лежат в экстремальных областях: так, например, для пепсина — протеолитического фермента сильнокислого желудочного сока pI ~ 1[9], а для сальмина — белка-протамина молок лосося, особенностью которого является чрезвычайно высокое содержание аргинина, pI ~ 12. Белки, связывающиеся с нуклеиновыми кислотами за счёт электростатического взаимодействия с фосфатными остатками нуклеиновых кислот, часто являются основными белками. Примером таких белков служат гистоны и протамины.
По степени растворимости в воде белки бывают растворимыми и нерастворимыми. Большинство белков растворяются в воде. К нерастворимым относятся, например, кератин (белок, из которого состоят волосы, шерсть млекопитающих, перья птиц и т.п.) и фиброин, который входит в состав шёлка и паутины. Белки также делятся на гидрофильные и гидрофобные. К гидрофильным относятся большинство белков цитоплазмы, ядра и межклеточного вещества, в том числе нерастворимые кератин и фиброин. К гидрофобным относятся большинство белков, входящих в состав биологических мембран интегральных мембранных белков, которые взаимодействуют с гидрофобными липидами мембраны [10] (у этих белков обычно есть и небольшие гидрофильные участки).
[править]
Денатурация
Необратимая денатурация белка куриного яйца под воздействием высокой температуры
Основная статья: Денатурация белков
Как правило, белки сохраняют структуру и, следовательно, физико-химические свойства, например, растворимость в условиях, таких как температура и рН, к которым приспособлен данный организм[7]. Резкое изменение этих условий, например, нагревание или обработка белка кислотой или щёлочью приводит к потере четвертичной, третичной и вторичной структур белка, называемой денатурацией. Самый известный случай денатурации белка в быту — это приготовление куриного яйца, когда под воздействием высокой температуры растворимый в воде прозрачный белок овальбумин становится плотным, нерастворимым и непрозрачным. Денатурация в некоторых случаях обратима, как в случае осаждения (преципитации) водорастворимых белков с помощью солей аммония, и используется как способ их очистки[11].
[править]
Простые и сложные белки
Основные статьи: Простые белки, Сложные белки
Все белки разделяют на две большие группы — простые и сложные белки. Простые белки содержат только аминокислоты, сложные белки имеют также неаминокислотные группы. Эти дополнительные группы в составе сложных белков называются «простетическими группами». Примерами простетических групп в составе белков служат гем (в составе гемоглобина), витамины тиамин и биотин. Неорганические простетические группы состоят из ионов металлов — цинка, магния и молибдена [12] .
[править]
Структура белка
Схематическое изображение образования пептидной связи (справа). Подобная реакция происходит в молекулярной машине по образованию белка — рибосоме
Молекулы белков представляют собой линейные полимеры, состоящие из α-L-аминокислот (которые являются мономерами) и, в некоторых случаях, из модифицированных основных аминокислот (правда, модификации происходят уже после синтеза белка на рибосоме). Для обозначения аминокислот в научной литературе используются одно- или трёхбуквенные сокращения. Хотя на первый взгляд может показаться, что использование в большинстве белков «всего» 20 видов аминокислот ограничивает разнообразие белковых структур, на самом деле количество вариантов трудно переоценить: для цепочки всего из 5 аминокислот оно составляет уже более 3 миллионов, а цепочка из 100 аминокислот (небольшой белок) может быть представлена более чем в 10130 вариантах. Белки длиной от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков часто называют пептидами, при большей степени полимеризации — белками, хотя это деление весьма условно.
При образовании белка в результате взаимодействия α-аминогруппы (-NH2) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (-СООН) другой аминокислоты образуются пептидные связи. Концы белка называют С- и N- концом (в зависимости от того, какая из групп концевой аминокислоты свободна: -COOH или -NH2, соответственно). При синтезе белка на рибосоме новые аминокислоты присоединяются к C-концу, поэтому название пептида или белка даётся путём перечисления аминокислотных остатков начиная с N-конца.
Последовательность аминокислот в белке соответствует информации, содержащейся в гене данного белка. Эта информация представлена в виде последовательности нуклеотидов, причём одной аминокислоте соответствует в ДНК последовательность из трёх нуклеотидов — так называемый триплет или кодон. То, какая аминокислота соответствует данному кодону в мРНК, определяется генетическим кодом, который может несколько отличаться у разных организмов. Так как аминокислоты синтезируются на рибосомах из 20-ти аминокислот, а триплетов, которыми они закодированы в ДНК, у разных организмов от 61 до 63, то большинство аминокислот может быть закодировано разными триплетами (генетический код вырожденный, или избыточный).
Сравнение аминокислотных последовательностей белков (в данном случае — гемоглобинов) из разных организмов позволяет определять участки, важные для функционирования белков, а также эволюционную историю сравниваемых видов
Гомологичные белки (предположительно имеющие общее эволюционное происхождение и нередко выполняющие одну и ту же функцию), например, гемоглобины разных организмов, имеют во многих местах цепи идентичные, консервативные остатки аминокислот. В других местах находятся различные аминокислотные остатки, называемые вариабельными. По степени гомологии (сходства аминокислотной последовательности) возможна оценка эволюционного расстояния между таксонами, к которым принадлежат сравниваемые организмы.
Уровни структуры белков: 1 — первичная, 2 — вторичная, 3 — третичная, 4 — четвертичная
[править]
Уровни структуры белка
Кроме последовательности аминокислот полипептида (первичной структуры), крайне важна трёхмерная структура белка, которая формируется в процессе фолдинга (от англ. folding), «сворачивание»). Трёхмерная структура формируется в результате взаимодействия структур более низких уровней. Выделяют четыре уровня структуры белка[13]:
Первичная структура — последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Важными особенностями первичной структуры являются консервативные мотивы — сочетания аминокислот, важных для функции белка. Консервативные мотивы сохраняются в процессе эволюции видов, по ним часто удаётся предсказать функцию неизвестного белка.
Вторичная структура — локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями и гидрофобными взаимодействиями. Ниже приведены некоторые распространённые типы вторичной структуры белков:
α-спирали — плотные витки вокруг длинной оси молекулы, один виток составляют 3,6 аминокислотных остатка, спираль стабилизирована водородными связями между H и O пептидных групп, отстоящих друг от друга на 4 звена. Спираль построена исключительно из одного типа стереоизомеров аминокислот (L). Хотя она может быть как левозакрученной, так и правозакрученной, в белках преобладает правозакрученная. Спираль нарушают электростатические взаимодействия глутаминовой кислоты, лизина, аргинина. Расположенные близко друг к другу остатки аспарагина, серина, треонина и лейцина могут стерически мешать образованию спирали, остатки пролина вызывает изгиб цепи и также нарушает α-спирали.
β-листы (складчатые слои) — несколько зигзагообразных полипептидных цепей, в которых водородные связи образуются между относительно удалёнными друг от друга в первичной структуре аминокислотами или разными цепями белка, а не близко расположенными, как имеет место в α-спирали. Эти цепи обычно направлены N-концами в противоположные стороны (антипараллельная ориентация). Для образования β-листов важны небольшие размеры боковых групп аминокислот, преобладают обычно глицин и аланин.
π-спирали;
310-спирали;
неупорядоченные фрагменты.
Разные способы изображения трёхмерной структуры белка на примере фермента триозофосфатизомеразы. Слева — «палочковая» модель, с изображением всех атомов и связей между ними; цветами показаны элементы. В середине изображены структурные мотивы, α-спирали и β-листы. Справа изображена контактная поверхность белка, построенная с учетом Ван-дер-Ваальсовых радиусов атомов; цветами показаны особенности активности участков
Третичная структура — пространственное строение полипептидной цепи; взаимное расположение элементов вторичной структуры, стабилизированное различными типами взаимодействий. В стабилизации третичной структуры принимают участие:
ковалентные связи (между двумя остатками цистеина — дисульфидные мостики);
ионные связи между противоположно заряженными боковыми группами аминокислотных остатков;
водородные связи;
гидрофильно-гидрофобные взаимодействия. При взаимодействии с окружающими молекулами воды белковая молекула “стремится” свернуться так, чтобы неполярные боковые группы аминокислот оказались изолированы от водного раствора; на поверхности молекулы оказываются полярные гидрофильные боковые группы.
Белки разделяют на группы согласно их трёхмерной структуре. Большинство белков относятся к глобулярным: общая форма из молекулы более или менее сферическая. Меньшая часть белков относится к фибриллярным: их молекулы (обычно и надмолекулярные комплексы) в работающем состоянии представляют собой сильно вытянутые волокна. К фибриллярным белкам относятся, например, кератин и коллаген. Среди глобулярных и фибриллярных белков выделяют подгруппы. Например, изображённый на картинке справа глобулярный белок, триозофосфатизомераза, состоит из восьми α-спиралей, расположенных на внешней поверхности структуры и восьми параллельных β-слоёв внутри структуры. Белки с подобным тёхмерным строением называются αβ-баррелы (от англ. barrel — бочка) [1].
Четверичная структура
— взаимное расположение нескольких полипептидных цепей в составе единого белкового комплекса. Белковые молекулы, входящие в состав белка с четвертичной структурой, образуются на рибосомах по отдельности и лишь после окончания синтеза образуют общую надмолекулярную структуру (можно считать её и молекулой, если между разными полипептидными цепями, как это нередко бывает, образуются дисульфидные мостики). В состав белка с четвертичной структурой могут входить как идентичные, так и различающиеся полипептидные цепочки. В стабилизации четвертичной структуры принимают участие те же типы взаимодействий, что и в стабилизации третичной.
Надмолекулярные белковые комплексы могут состоять из десятков молекул, многие из них сравнимы по размеру с рибосомами и в последние годы часто описываются как органоиды (см., напр., протеасома). Нередко в их состав входят молекулы РНК (см., напр., сплайсосома).
Также выделяют:
Трёхмерную структуру белка — набор пространственных координат, составляющих белок атомов.
Субъединичную (доменную) структуру белка — последовательность участков белка, имеющих известную функцию или определённую трёхмерную структуру.
Гидрофобное ядро, обеспечивающее сворачивание белка.
Изображение модели комплекса бактериальных шаперонов GroES и GroEL (вид сверху). Аггрегированный белок поступает в центральную полость комплекса, где в результате гидролиза АТФ происходит изменение его структуры
[править]
Образование и поддержание структуры белков в живых организмах
Основная статья: Шапероны
Способность белков восстанавливать правильную трёхмерную структуру после денатурации позволила выдвинуть гипотезу о том, что вся информация о конечной структуре белка содержится в его аминокислотной последовательности. В настоящее время общепризнана теория о том, что в результате эволюции стабильная конформация белка обладает минимальной свободной энергией по сравнению с другими возможными конформациями этого полипептида [14].
Тем не менее, в клетках существует группа белков, функция которых — обеспечение восстановления структуры белков после повреждения, а также создание и диссоциация белковых комплексов. Эти белки называются шаперонами. Концентрация многих шаперонов в клетке возрастает при резком повышении температуры окружающей среды, поэтому они относятся к группе Hsp (англ. heat shock proteins — белки теплового шока)[15]. Важность нормальной работы шаперонов для функционирования организма может быть проиллюстрирована на примере шаперона α-кристаллина, входящего в состав хрусталика глаза человека. Мутации в этом белке приводят к помутнению хрусталика из-за аггрегирования белков и, как результат, к катаракте [16].
[править]
Синтез белков
[править]
Химический синтез
Короткие белки могут быть синтезированы химическим путём с помощью группы методов, которые используют органический синтез — например, химическое лигирование[17]. Большинство методов химического синтеза проходят в направлении от С-конца к N-концу, в противоположность биосинтезу. Таким образом можно получить короткий иммунногенный пептид (эпитоп), необходимый для получения антител путём инъекции в животных, или получения гибридо́м; химический синтез также используется для получения ингибиторов некоторых ферментов [18]. Химический синтез позволяет вводить искусственные, то есть не встречающиеся в обычных белках аминокислоты — например, присоединять флюоресцентные метки к боковым цепям аминокислот. Однако химические методы синтеза неэффективны при длине белков более 300 аминокислот; кроме того, искусственные белки могут иметь неправильную третичную структуру, и у аминокислот искусственных белков отсутствуют посттрансляционные модификации.
[править]
Биосинтез белков
Основная статья: Биосинтез белка
[править]
Универсальный способ: рибосомный синтез
Молекулярная модель малой (слева) и большой (справа) субъединиц бактериальной рибосомы — молекулярной машины, синтезирующей белки. Голубым цветом показаны белки в составе рибосомы, но основную структурную роль выполняет рРНК
Белки синтезируются живыми организмами из аминокислот на основе информации, закодированной в генах. Каждый белок состоит из уникальной последовательности аминокислот, которая определяется нуклеотидной последовательностью гена, кодирующего данный белок. Генетический код составляется из трёхбуквенных «слов», называемых кодонами; каждый кодон отвечает за присоединение к белку одной аминокислоты: например, сочетание АУГ соответствует метионину. Поскольку ДНК состоит из четырёх типов нуклеотидов, то общее число возможных кодонов равно 64; а так как в белках используется 20 аминокислот, то многие аминокислоты определяются более, чем одним кодоном. Гены, кодирующие белки сначала транскрибируются в последовательность нуклеотидов матричной РНК (мРНК) белками РНК-полимеразами.
У прокариот мРНК может считываться рибосомами в аминокислотную последовательность белков сразу после транскрипции, а у эукариот она транспортируется из ядра в цитоплазму, где находятся рибосомы. Скорость синтеза белков выше у прокариот и может достигать 20 аминокислот в секунду [19].
Процесс синтеза белка с мРНК называется трансляцией. Во время начальной стадии биосинтеза белков, инициации, обычно метиониновый кодон узнаётся малой субъединицей рибосомы, к которой при помощи белковых факторов инициации присоединена метиониновая транспортная РНК (тРНК). После узнавания стартового кодона к малой субъединице присоединяется большая субъединица и начинается вторая стадия трансляции — элонгация. При каждом движении рибосомы от 5′ к 3′ концу мРНК считывается один кодон путём образования водородных связей между тремя нуклеотидами (кодоном) мРНК и комплементарным ему антикодоном транспортной РНК, к которой присоединена соответствующая аминокислота. Синтез пептидной связи катализируется рибосомальной РНК рРНК, образующей пептидилтрансферазный центр рибосомы. Рибосомальная РНК (рРНК) катализирует образование пептидной связи между последней аминокислотой растущего пептида и аминокислотой, присоединённой к тРНК, позиционируя атомы азота и углерода в положении, благоприятном для прохождения реакции. Ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы присоединяют аминокислоты к их тРНК. Третья, и последняя стадия трансляции, терминация, происходит при достижении рибосомой стоп-кодона, после чего белковые факторы терминации гидролизуют последнюю тРНК от белка, прекращая его синтез. Таким образом, в рибосомах белки всегда синтезируются от N- к C- концу.
[править]
Нерибосомный синтез
У низших грибов и некоторых бактерий существует менее распространённый способ биосинтеза белков, который не требует участия рибосом. Синтез пептидов, обычно вторичных метаболитов, проводится высокомолекулярным белковым комплексом, так называемой НРС-синтазой. НРС-синтаза обычно состоит из нескольких доменов или отдельных белков, осуществляющих селекцию аминокислот, образование пептидной связи, высвобождение синтезированного пептида и, иногда, домен, способный изомеризовать L-аминокислоты (нормальная форма) в D-форму.[20][21]
[править]
Внутриклеточный транспорт и сортировка белков
Основная статья: Внутриклеточная сортировка белков
Синтезируемые в цитоплазме на рибосомах белки должны попадать в разные компартменты клетки — ядро, митохондрии, ЭПР, аппарат Гольджи, лизосомы и др., а некоторые белки должны попасть во внеклеточную среду. Для попадания в определенный компартмент белок должен обладать специфической меткой. В большинстве случаев такой меткой является часть аминокислотной последовательности самого белка (лидерный пептид, или сигнальная последовательность белка). В некоторых случаях меткой служат посттрансляционно присоединенные к белку олигосахариды. Транспорт белков в ЭПР осуществляется по мере их синтеза, так как рибосомы, синтезирующие белки с сигнальной последовательностью для ЭПР, «садятся» на специальные транслокационные комплексы на мембране ЭПР. Из ЭПР в аппарат Гольджи, а оттуда в лизосомы, на внешнюю мембрану или во внеклеточную среду белки попадают путем везикулярного транспорта. В ядро белки, обладающие сигнальной последовательностью для ядра, попадают через ядерные поры. В митохондрии и хлоропласты белки, обладающие соответствующими сигнальными последовательностями, попадают через специфические белковые поры-транслокаторы при участии шаперонов.
[править]
Посттрансляционная модификация белков
Основная статья: Посттрансляционная модификация
Молекулы убиквитина (оранжевые и розовые) присоединены к белку Src (голубой), предвещая его деградацию
После завершения трансляции и высвобождения белка из рибосомы аминокислоты в составе полипептидной цепи подвергаются разнообразным химическим модификациям. Примерами посттрансляционной модификации являются:
присоединение различных функциональных групп (ацетил-, метил- и фосфатных групп);
присоединение липидов и углеводородов;
изменение стандартных аминокислот на нестандартные (образование цитруллина);
образование структурных изменений (образование дисульфидных мостиков между цистеинами);
удаление части белка как в начале (сигнальная последовательность), так и в отдельных случаях в середине (инсулин);
добавление небольших белков, которые влияют на деградацию белков (сумоилирование и убиквитинирование).
При этом тип модификации может быть как универсальным (добавление цепей, состоящих из мономеров убиквитина, служит сигналом для деградации этого белка протеосомой), так и специфическим для данного белка [22]. В то же время один и тот же белок может подвергаться многочисленным модификациям. Так, гистоны (белки, входящие в состав хроматина у эукариот) в разных условиях могут подвергаться до 150 различных модификаций [23].
[править]
Функции белков в организме
Так же как и другие биологические макромолекулы (полисахариды, липиды) и нуклеиновые кислоты, белки — необходимые компоненты всех живых организмов, и участвуют в каждом внутреннем процессе клетки. Белки осуществляют обмен веществ и энергетические превращения. Белки входят в состав клеточных структур — органелл или секретируются во внеклеточное пространство для обмена сигналами между клетками и гидролиза пищевых субстратов. Следует отметить, что классификация белков по их функции достаточно условна, потому что у эукариот один и тот же белок может выполнять несколько функций. Хорошо изученным примером такой многофункциональности служит лизил-тРНК-синтетаза — фермент из класса аминоацил-тРНК синтетаз, который не только присоединяет лизин к тРНК, но и регулирует транскрипцию нескольких генов[24].
Молекулярная модель фермента уреазы бактерии Helicobacter pylori
[править]
Каталитическая функция
Основная статья: Ферменты
Наиболее хорошо известная роль белков в организме — катализ различных химических реакций. Ферменты — группа белков, обладающая специфическими каталитическими свойствами, то есть каждый фермент катализирует одну или несколько сходных реакций. Ферменты катализируют реакции расщепления сложных молекул (катаболизм) и их синтеза (анаболизм), а также репликации и репарации ДНК и матричного синтеза РНК. Известно несколько тысяч ферментов; среди них такие, как, например пепсин, расщепляют белки в процессе пищеварения. В процесс посттрансляционной модификации некоторые ферменты добавляют или удаляют химические группы на других белках. Известно около 4000 реакций, катализируемых белками[25]. Ускорение реакции в результате ферментативного катализа иногда огромно: например, реакция, катализируемая ферментом оротат-карбоксилазой протекает в 1017 быстрее некатализируемой (78 миллионов лет без фермента, 18 миллисекунд с участием фермента)[26]. Молекулы, которые присоединяются к ферменту и изменяются в результате реакции, называются субстратами.
Хотя ферменты обычно состоят из сотен аминокислот, только небольшая часть из них взаимодействует с субстратом, и ещё меньшее количество — в среднем 3-4 аминокислоты, часто расположенные далеко друг от друга в первичной аминокислотной последовательности — напрямую участвуют в катализе[27]. Часть фермента, которая присоединяет субстрат и содержит каталитические аминокислоты, называется активным центром фермента.
[править]
Структурная функция
Основная статья: Фибриллярные белки
Структурные белки, как своего рода арматура, придают форму жидкому внутреннему содержимому клетки. Большинство структурных белков являются филаментозными белками: например, мономеры актина и тубулина — это глобулярные, растворимые белки, но после полимеризации они формируют длинные нити, из которых состоит цитоскелет, позволяющий клетке поддерживать форму[28]. Коллаген и эластин — основные компоненты соединительной ткани (например, хряща), а из другого структурного белка кератина состоят волосы, ногти, перья птиц и некоторые раковины.
Мышиное антитело против холеры, присоединённое к углеводородному антигену (вверху)
[править]
Защитная функция
Основная статья: Антитела
Существуют несколько видов защитных функций белков:
Физическая защита. В ней принимает участие коллаген, белок, поддерживающий структуру кожи. Состоит из хондроитина и глюкозамина.
Химическая защита. Связывание химических токсинов белковыми молекулами — дезинтоксикация.
Иммунная защита. Защита с помощью иммуноглобулинов
Белки, входящие в состав крови, участвуют в защитном ответе организма как на повреждение, так и на атаку патогенов. Примерами первой группы белков служат фибриногены и тромбины[29], участвующие в свёртывании крови, а антитела (иммуноглобулины), нейтрализуют бактерии, вирусы или чужеродные белки. Антитела, входящие в состав адаптативной иммунной системы, присоединяются к чужеродным для данного организма веществам, антигенам, и тем самым нейтрализуют их, направляя к местам уничтожения. Антитела могут секретироваться в межклеточное пространство или закрепляться в мембранах специализированных В-лимфоцитов, которые называются плазмоцитами[30]. В то время как ферменты имеют ограниченное сродство к субстрату, поскольку слишком сильное присоединение к субстрату может мешать протеканию катализируемой реакции, стойкость присоединения антител к антигену ничем не ограничено [31].
[править]
Регуляторная функция
Основные статьи: Цитокины, Активатор (белки), Протеасома, Регуляторная функция белков
Многие процессы в организме регулируются небольшими белковыми молекулами, полипептидными гормонами и цитокинами. Примером таких белков служит, соответственно, инсулин, который регулирует концентрацию глюкозы в крови, и фактор некроза опухолей, который передаёт сигналы воспаления между клетками организма[32]. На внутриклеточном уровне транскрипция генов определяется присоединением факторов транскрипции — белков-активаторов и белков-репрессоров к регуляторным последовательностям генов. На уровне трансляции считывание многих мРНК также регулируется присоединением белковых факторов [33], а деградация РНК и белков также проводится специализированными белковыми комплексами [34]. Важнейшую роль в регуляции внутриклеточных процессов играют протеинкиназы — ферменты, которые активируют или подавляют активность других белков путем присоединения к ним фосфатных групп.
Структура миоглобина с выделенными α спиралями.
[править]
Транспортная функция
Основная статья: Транспортные белки
Растворимые белки, участвующие в транспорте малых молекул, должны иметь высокое сродство (афинность) к субстрату, когда он присутствует в высокой концентрации, и легко его высвобождать в местах низкой концентрации субстрата. Примером транспортных белков можно назвать гемоглобин, который переносит кислород из лёгких к остальным тканям и углекислый газ от тканей к лёгким, а также гомологичные ему белки, найденные во всех царствах живых организмов [35].
Некоторые мембранные белки участвуют в транспорте малых молекул через мембрану клетки, изменяя её проницаемость. Липидный компонент мембраны водонепроницаем (гидрофобен), что предотвращает диффузию полярных или заряженных (ионы) молекул. Мембранные транспортные белки принято подразделять на белки-каналы и белки-переносчики. Белки-каналы содержат внутренние заполненные водой поры, которые позволяют ионам (через ионные каналы) или молекулам воды (через белки-аквапорины) перемещаться внутрь или наружу. Многие ионные каналы специализируются на транспорте только одного иона; так, калиевые и натриевые каналы часто различают эти сходные ионы и пропускают только один из них [36]. Белки-переносчики связывают, подобно ферментам, каждую переносимую молекулу или ион и, в отличие от каналов, могут осуществлять активный транспорт с использованием энергии АТФ. «Электростанция клетки» — АТФ-синтаза, которая осуществляет синтез АТФ за счёт протонного градиента, также может быть отнесена к мембранным транспортным белкам [37].
[править]
Запасная (резервная) функция белков
К таким белкам относятся так называемые резервные белки, которые запасаются в качестве источника энергии и вещества в семенах растений и яйцеклетках животных; белки третичных оболочек яйца (овальбумины) и основной белок молока (казеин) также выполняют, главным образом, питательную функцию. Ряд других белков используется в организме в качестве источника аминокислот, которые в свою очередь являются предшественниками биологически активных веществ, регулирующих процессы метаболизма.
[править]
Рецепторная функция
Основная статья: Клеточный рецептор
Белковые рецепторы могут как находиться в цитоплазме, так и встраиваться в клеточную мембрану. Одна часть молекулы рецептора воспринимает сигнал, который с помощью конформационных изменений передаётся на другую часть молекулы, активирующую передачу сигнала на другие клеточные компоненты. У мембранных рецепторов часть молекулы, связывающаяся с сигнальной молекулой, находится на поверхности клетки, а домен, передающий сигнал, внутри [38].
Движение молекулы миозина при мышечном сокращении
[править]
Моторная и сократительные функции
Целый класс моторных белков обеспечивает движения организма (например, сокращение мышц, в том числе локомоцию (миозин), перемещение клеток внутри организма (например, амебоидное движение лейкоцитов), а также активный и направленный внутриклеточный транспорт (кинезин, динеин). Динеины и кинезины проводят транспортировку молекул (так называемого карго) вдоль микротрубочек с использованием гидролиза АТФ в качестве источника энергии. Динеины переносят карго из периферических частей клетки по направлению к центросоме, кинезины в противоположном направлении [39][40]. Цитоплазматические варианты миозина могут перемещать карго вдоль микрофиламентов.
[править]
Белки в обмене веществ
Большинство микроорганизмов и растений могут синтезировать 20 стандартных аминокислот, а также дополнительные (нестандартные) аминокислоты, например, цитруллин. Но если аминокислоты есть в окружающей среде, даже микроорганизмы сохраняют энергию путём транспорта аминокислот внутрь клеток и выключения их биосинтетических путей[41].
Аминокислоты, которые не могут быть синтезированы животными, называются незаменимыми. Основные ферменты в биосинтетических путях, например, аспартаткиназа, которая катализирует первый этап в образовании лизина, метионина и треонина из аспартата, отсутствуют у животных.
Животные, в основном, получают аминокислоты из белков, содержащихся в пище. Белки разрушаются в процессе пищеварения, который обычно начинается с денатурации белка путём помещения его в кислотную среду и гидролиза с помощью ферментов, называемых протеазами. Некоторые аминокислоты, полученные в результате пищеварения, используются для синтеза белков организма, а остальные превращаются в глюкозу в процессе глюконеогенеза или используются в цикле Кребса. Использование белка в качестве источника энергии особенно важно в условиях голодания, когда собственные белки организма, в особенности мускулов, служат источником энергии[42]. Аминокислоты также являются важным источником азота в питании организма.
В мире не существует единых представлений о количественной характеристике норм потребления белков. Микрофлора толстого кишечника синтезирует аминокислоты, которые не учитываются при составлении белковых норм.
[править]
Методы количественного определения белков
Для определения количества белка в образце используется ряд методик:
Биуретовый метод
Микробиуретовый метод
Метод Бредфорда
Метод Лоури
Спектрофотометрический метод
[править]
Примечания
↑ Показывать компактно
↑ С химической точки зрения все белки являются политептидами. Однако короткие, меньше 30 аминокислот в длину полипептиды, особенно химически синтезированные, нельзя назвать белками.
↑ Muirhead H., Perutz M. Структура гемоглобина. = Structure of hemoglobin. A three-dimensional fourier synthesis of reduced human hemoglobin at 5.5 A resolution. // Nature : журнал. — 1963. — Т. 199. — № 4894. — С. 633—638.
↑ Kendrew J., Bodo G., Dintzis H., Parrish R., Wyckoff H., Phillips D. Трёхмерная модель молекулы миоглобина, полученная по результатам рентгеновских исследований. = A three-dimensional model of the myoglobin molecule obtained by x-ray analysis. // Nature : журнал. — 1958. — Т. 181. — № 4610. — С. 662—666.
↑ Leicester, Henry . «Berzelius, Jöns Jacob». Dictionary of Scientific Biography 2. New York: Charles Scribner’s Sons. 90-97 (1980). ISBN 0-684-10114-9
↑ Биоорганическая химия. — Просвещение, 1987.
↑ Белки // Химическая энциклопедия. — Советская энциклопедия, 1988.
↑ 1 2 N. H. Barton, D. E. G. Briggs, J. A. Eisen «Evolution», Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2007 — P. 38. ISBN 978-0-87969-684-9
↑ Fulton A, Isaacs W (1991). “Titin, a huge, elastic sarcomeric protein with a probable role in morphogenesis”. Bioessays 13 (4): 157-61. PMID 1859393.
↑ http://www.brenda-enzymes.info/php/result_flat.php4?ecno=3.4.23.1
↑ S J Singer. The Structure and Insertion of Integral Proteins in Membranes. Annual Review of Cell Biology. Volume 6, Page 247—296. 1990
↑ Страер Л., Биохимия в 3 томах. — М.: Мир, 1984
↑ de Bolster, M.W.G. Glossary of Terms Used in Bioinorganic Chemistry: Prosthetic groups. International Union of Pure and Applied Chemistry (1997). Проверено 30 октября 2007.
↑ Ленинджер А. Основы биохимии, в 3 томах. — М.: «Мир», 1985.
↑ Anfinsen C. (1973). “Principles that Govern the Folding of Protein Chains.”. Science 181: 223-229.
↑ Ellis RJ, van der Vies SM (1991). “Molecular chaperones”. Annu. Rev. Biochem. 60: 321-47. DOI:10.1146/annurev.bi.60.070191.001541. PMID 1679318.
↑ Sun Y, MacRae TH. (2005). “The small heat shock proteins and their role in human disease.”. FEBS J. 60: 2613-27. PMID 115943797.
↑ Wilken J, Kent SB.. Curr Opin Biotechnol. Chemical protein synthesis. 1998.9(4):412-26
↑ Dawson PE, Kent SB. Synthesis of native proteins by chemical ligation. Annu Rev Biochem. 2000;69:923-60
↑ Dobson CM. (2000). The nature and significance of protein folding. In Mechanisms of Protein Folding 2nd ed. Ed. RH Pain. Frontiers in Molecular Biology series. Oxford University Press: New York, NY.
↑ Stack D, Neville C, Doyle S. Nonribosomal peptide synthesis in Aspergillus fumigatus and other fungi. Microbiology. 2007 May;153(Pt 5):1297-306
↑ Welker M, von Döhren H. Cyanobacterial peptides — nature’s own combinatorial biosynthesis. FEMS Microbiol Rev. 2006 Jul;30(4):530-63
↑ Demartino GN, Gillette TG. Proteasomes: machines for all reasons. Cell. 2007 May 18;129(4):659-62
↑ Bronner C, Chataigneau T, Schini-Kerth VB, Landry Y.The «Epigenetic Code Replication Machinery», ECREM: a promising drugable target of the epigenetic cell memory. Curr Med Chem. 2007;14(25):2629-41
↑ Yannay-Cohen N, Razin E. (2000). “Translation and transcription: the dual functionality of LysRS in mast cells.”. Mol Cells. 22: 127-32. PMID 17085962.
↑ Bairoch A. (2000). “The ENZYME database in 2000”. Nucleic Acids Res 28: 304-305. PMID 10592255.
↑ Radzicka A, Wolfenden R. (1995). “A proficient enzyme.”. Science 6 (267): 90-931. PMID 7809611.
↑ The Catalytic Site Atlas at The European Bioinformatics Institute
↑ Erickson HP. Evolution of the cytoskeleton. Bioessays. 2007:668-77
↑ Wolberg AS (2007). «Thrombin generation and fibrin clot structure.». Blood Rev. 21 (3): 131-42.PMID 17208341.
↑ ^ J. Li, D.R. Barreda, Y.-A. Zhang, H. Boshra, A.E. Gelman, S. LaPatra, L. Tort & J.O. Sunyer (2006). «B lymphocytes from early vertebrates have potent phagocytic and microbicidal abilities». Nature Immunology 7: 1116—1124. PMID 16980980.
↑ Felix NJ, Allen PM. Specificity of T-cell alloreactivity. Rev Immunol. 2007 Dec;7(12):942-53
↑ Повещенко АФ., Абрамов ВВ., Козлов ВВ. Цитокины — факторы нейроэндоктринной регуляции. Успехи Физиологических Наук. 2007 — 38(3):40-6
↑ Hinnebusch AG. Translational regulation of GCN4 and the general amino acid control of yeast. Annu Rev Microbiol. 2005;59:407-50
↑ Anderson P, Kedersha N., RNA granules. Cell Biol. 2006:172(6):803-8
↑ Wittenberg JB. On optima: the case of myoglobin-facilitated oxygen diffusion Gene. 2007 Aug 15;398(1-2):156-61.
↑ Driessen AJ, Nouwen N. Protein Translocation Across the Bacterial Cytoplasmic Membrane.Annu Rev Biochem. 2007 Dec 13 [Epub ahead of print]
↑ Drory O, Nelson N. (2006). “The emerging structure of vacuolar ATPases.”. Physiology (Bethesda). 21: 317-25. PMID 16990452.
↑ Dupré DJ, Hébert TE. Biosynthesis and trafficking of seven transmembrane receptor signalling complexes.Cell Signal. 2006.(10):1549-59
↑ Karp G. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments, Fourth ed, pp. 346—358. John Wiley and Sons, Hoboken, NJ. 2005.
↑ Schroer, Trina A. Dynactin. Annual Review of Cell and Developmental Biology 2004 20, 759—779. PMID 15473859
↑ Voet D, Voet JG. Biochemistry Vol 1 3rd ed., Hoboken, NJ.(2004).
↑ Brosnan J (2003). “Interorgan amino acid transport and its regulation”. J Nutr 133 (6 Suppl 1): 2068S-72S. PMID 12771367.
[править]
См. также
Аминокислота
Незаменимые аминокислоты
Нестандартные аминокислоты
Пептидная связь
Пептиды
Прионы
Протеомика
Сплайсинг белков
Folding@home — проект распределённых вычислений для проведения компьютерной симуляции свёртывания молекул белка
[править]
Литература
Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. В 3 томах. — М.: Мир, 1994. — ISBN 5-03-001986-3
Ленинджер А. Основы биохимии. В 3 томах. — М.: Мир, 1985.
Страйер Л. Биохимия. В 3 томах. — М.: Мир, 1984.
[править]
Ссылки Белок в Викисловаре?
Белок на Викискладе?
Свойства аминокислот и белков
PDB — Protein Data Bank
Обзоры статей о фолдинге белков на русском
Хаос и порядок дискретных систем в свете синергетической теории информации (В статье проводится количественный анализ первичной структуры белков со стороны соотношения хаоса и порядка)
Это HTML версия файла http://mnoo.ru/request.php?pub_sbornik.pdf.
G o o g l e автоматически создает HTML версии документов при сканировании Интернета.Page 1
Page 2
Комитет по делам детей и молодежи Исполнительного комитета г. Казани
Казанский совет молодежных организаций
Молодежная научная общественная организация г. Казани
Союз студентов и аспирантов КГУ
Казанский государственный университет
Сборник тезисов
I городской студенческой конференции
«Междисциплинарные исследования в
области естественных наук»
Казань 2008 г. Page 3
УСТНЫЕ ДОКЛАДЫ Page 4
Медицинская игла ультразвуковой визуализации.
Кашапов Р.Н.
КГТУ, факультет химических технологий
Навигационная хирургия, т.е. малоинвазивная хирургия под контролем УЗИ является
одним из самых перспективных направлений современной хирургии. Использование метода
позволяет избежать крупных хирургических вмешательств для ликвидации различных
объемных образований. Стандартные хирургические инструменты визуализируются
недостаточно четко для тонких манипуляций под контролем аппарата УЗИ. Во всем мире,
для увеличения возможностей применения медицинских игл в УЗИ-хирургии, производится
инструмент со специальной обработкой рабочей поверхности. Однако медицинские иглы,
используемые в навигационной хирургии, имеют плохую УЗИ-визуализацию.
Эффективное рассеивание ультразвуковой волны происходит на дефектах порядка 10-
1000 мкм. Микродефекты данных размеров позволяют лучше наблюдать за движением
медицинской иглы в теле человека с помощью УЗИ.
Для решения данной проблемы был разработан новый метод нанесения микродефектов
– микроплазменная обработка. Микроплазменная обработка совмещает в себе анодное
растворение и эрозионное разрушение металла.
Для того чтобы определить рациональную область применения нового процесса
необходимо найти подходящие режимы и условия горения плазменно-электролитного
разряда, при которых осуществляется нанесение микродефектов требуемой величины.
Было установлено, что для 15% раствора NaCl при напряжении U=45 B требуемая
шероховатость достигается в течение 7 сек. Следует отметить, что дальнейшая обработка
приводит к образованию на поверхности металла нерастворимого осадка черного цвета
(коксование). Уменьшение напряжения приводит к замедлению скорости обработки.
Исследован дефектный слой у нержавеющей стали 12Х18Н9Т, после плазменно-
электролитной обработки в 15% растворе NaCl при напряжении U=30 B и времени
обработки 15 секунд, было обнаружено, что структура поверхности стала мелкодисперсной.
Обработанный слой неравномерен по толщине, прерывист. Толщина дефектного слоя не
превышает 40 мк.
Обнаружено, что во время обработки протекают тепловые процессы, которые так же
влияют на структурное изменение
поверхностного
слоя
обрабатываемого металла.
Размеры
микрократеров
находятся в диапазоне от 200 нм
до 60 мкм. В результате
дальнейшей
обработки
они
накладываются друг на друга.
Изменяя режимы обработки
на
заключительной
стадии
формообразования, можно будет
контролировать
структуру
поверхности
и
глубину
дефектного слоя, в зависимости от
того какими свойствами должно
обладать получаемое в итоге
изделие. Работа выполнялась при
финансовой
поддержке
инновационного проекта «СТАРТ
I», № 5021р/7400, 2007. Page 5
Клонирование человеческих генов Oct4, Sox2, cMyc и Klf4 в экспрессионный
плазмидный вектор pcDNA3.1
Парпиева С.Ш.1, Шафигуллина А.К. 2, Кудряшова Н.B.1, Ризванов А.А.1,3
1Казанский государственный университет, биолого-почвенный факультет; 2Казанский
государственный медицинский университет, стоматологический факультет; 3Казанский
государственный университет, Центральная научно-исследоватеотская лаборатория
На сегодняшний день огромные надежды связываются с разработкой методов генно-
клеточной терапии различных заболеваний человека. Уже достигнуты обнадеживающие
результаты в применении эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) при лечении множества
заболеваний человека. Но вопрос о свободе исследования и применения ЭСК до сих пор
однозначно не решен, что связано со многими политическими, религиозными и
биоэтическими проблемами. Альтернативой ЭСК могут стать индуцированные
плюрипотентные стволовые клетки (induced pluripotent stem cells – iPS клетки), обладающие
всеми характеристиками ЭСК. Получение iPS клеток возможно путем репрограммирования
соматических клеток методом генетической модификации транскрипционными факторами
Oct4, Sox2, cMyc и Klf4, основная функция которых состоит в поддержании клеток в
недифференцированном состоянии. Существующие на сегодняшний день методы
репрограммирования соматических клеток используют ретровирусную систему генетической
модификации. Проблема вирусной трансфекции заключается в возможной активации или
инактивации некоторых генов с последующей угрозой малигнизацией клеток. Поэтому
очевидна необходимость разработки биологически безопасных способов невирусной
доставки генетической информации в клетки.
Цель работы заключалась в клонировании человеческих генов Oct4, Sox2, cMyc и Klf4
в экспрессионный плазмидный вектор pcDNA 3.1. Интересующие нас гены были ОТ-ПЦР
амплифицированы с использованием специфических праймеров и мРНК из культуры
человеческих клеток HeLa, A549 или ЭСК. Продукты ПЦР амплификации были
клонированы в плазмиду pGEM-T Easy. На следующем этапе проведено субклонирование
генов в экспрессионные плазмидные векторы pcDNA 3.1 и pBudCE 4.1. Полученные
плазмиды были проанализированы методом автоматического секвенирования.
В результате проведенных экспериментов созданы генетические конструкции, которые
планируется использовать для исследования их влияния на дифференцировку соматических
клеток и их репрограммирования в iPS клетки. Page 6
Новые тиоацетатные и меркаптопроизводные п-третбутилтиакаликс[4]арена в
конформации 1,3-альтернат
Муравьев А.А., Тюфтин А.А., Полянцев Ф.М., Соловьева С.Е., Антипин И.С.,
Коновалов А.И.
Казанский государственный университет, Химический институт им. А.М.Бутлерова
Институт органической и физической химии им. А.Е.Арбузова КазНЦ РАН
Важным направлением в супрамолекулярной химии является химия каликсаренов,
которые являются перспективными супрамолекулярными рецепторами на широкий класс
соединений. Модифицируя верхний и нижний обод макроцикла, управляя конформацией
молекулы, а также изменяя структуру мостика, можно добиться большого разнообразия
свойств.
В данный момент большой интерес вызывают тиакаликсарены, содержащие тиольные и
тиоацетатные фрагменты по нижнему ободу. Вследствие высокой реакционной способности
концевых групп на их основе можно строить более сложные системы. Меркапто-группы
легко подвергаются электрохимическому окислению и обратному восстановлению,
нанесением их на золотую подложку можно получать структурированные м
В настоящей работе получен ряд новых производных тиакаликс[4]арена по нижнему
ободу, содержащих тиоацетатные и меркапто-группы с различной длиной алкильной цепи
(3-4). В процессе получения 2 (n=6) было выделено соединение 5. Все полученные
соединения имели конформацию 1,3-альтернат. Их структура была подтверждена методами
1Н и 13С ЯМР, ЯМР NOESY, ИК-спектроскопии, MALDI-TOF-спектрометрии, а их чистота –
методом ТСХ и элементным анализом. Page 7
Авто – и кросскорреляции
в динамике походки человека при различных заболеваниях ЦНС
Сабитов Н.А.
ТГГПУ, физический факультет
В настоящее время возрос интерес к исследованию эффектов статистической памяти,
связанных с природой реальных объектов. При этом усилия физиков, работающих в данной
области, направлены на поиск статистических индикаторов и численных показателей, и,
прежде всего, на оптимизацию таких мер для описания дискретной временной эволюции
сложных систем различной природы. Особую актуальность решение этих задач приобретает
при идентификации и количественном описании аномального функционирования живых
систем из дискретных временных серий. Анализ временных серий является важным
инструментом физических исследований для изучения природы сложных систем.
В этой работе наглядно демонстрируется, что эффекты статистической памяти имеют
ключевое значение для нормального функционирования здоровых физиологических систем.
Удлинение времени существования статистической памяти в стохастической дискретной
динамике живых систем надежно свидетельствует о патологических (или катастрофических)
проявлениях. В частности, показано, что усиление эффектов памяти в локомоторной
динамике человека связано с различными заболеваниями головного мозга и ЦНС.
Проводится анализ авто – и кросскорреляций во временной динамике межшагового
интервала у здоровых людей и пациентов с различными заболеваниями головного мозга.
Рассмотрена динамика походки людей с болезнью Паркинсона (PD), Хантингтона (HD) и
амиотрофическим боковым склерозом (ALS), а также здоровых людей (CO – контрольная
группа). Полученные результаты позволяют эффективно оценивать некоторые нарушения
локомоторных функций человека при указанных заболеваниях головного мозга и ЦНС. В
частности, динамика походки больных людей, отличается более сильной памятью и
значительными временными флуктуациями по сравнению с локомоторной динамикой
здоровых людей. Кроме того, обнаружены специфические изменения в фазовых портретах и
спектральных характеристиках для различных групп людей.
Таким образом, выявлена фундаментальная роль эффектов статистической памяти в
локомоторной динамике человека. Сильная память и переход от хаотического поведения к
робастному и регулярному режиму характерны для походки пациентов при различных
заболеваниях ЦНС. Даже незначительное усиление эффектов статистической памяти
свидетельствует о патологических изменениях в функционировании головного мозга
человека. Как результат, наблюдается ярко выраженное изменение в поведении
статистических индикаторов и форме структур в фазовом пространстве. Возможно,
представленный метод окажется полезным при анализе патологий, связанных с нарушением
локомоторной динамики и позволит количественным образом проводить мониторинг
прогрессирования заболеваний головного мозга и ЦНС человека. Page 8
Люминесцентные среды на основе лиотропных жидких кристаллов
аДановский Д.Е., бГалявиев И.Р., аСеливанова Н.М., бЛобков В.С., а,бГаляметдинов Ю.Г.
а- КГТУ, кафедра ФКХ.
б- КФТИ им. Е.К. Завойского, КНЦ РАН
Жидкие кристаллы активно применяются в молекулярной оптоэлектронике, лазерной
физике и дисплейной технике. В последние годы значительное развитие получило
направление синтеза молекулярноупорядоченных наноматериалов через процессы
самоорганизации в лиотропных жидкокристаллических (ЛЖК) системах.
В данной работе представлен синтез ЛЖК систем на основе неионных ПАВ –
C12H25(CH2CH2O)10OH – (C12EO10) и C12H25(CH2CH2O)4OH -(C12EO4), гидратов нитратов
лантаноидов Ln(III)= Eu, Tb, а также H2O, D2O в качестве растворителей. Фазовое поведение
изучено методом поляризационной оптической микроскопии. Было установлено что при
использовании C12EO10 в качестве лиганда наблюдается гексагональная организация мицелл
в мезофазе, а при использовании C12EO4 – ламеллярная организация. Структура и
геометрические параметры идентифицировались по данным рентгеновской дифракции в
малых углах.
Исследовано влияние организации ионов лантаноидов
(Eu(III), Tb(III)), типа органического лиганда (C12EO10,
C12EO4) и растворителя (H2O, D2O) на эффективность
люминесценции.
Получены
время-разрешенные
спектры люминесценции, кинетические кривые
затухания свечения и рассчитаны значения времени
жизни люминесценции.
Установлено, что ЖК Eu(III) и Tb(III)
проявляют устойчивую люминесценцию. При
сравнении интенсивностей основных излучательных переходов обнаружено что,
надмолекулярная организация- ламеллярная или гексагональная – мало влияет на
эффективность люминесценции. Соотношение интенсивностей I(5D0-7F2 )/I(5D0-7F1)
переходов для образца C12EO10/Eu(NO3)3·6H2O/Н2O = 3,12, а для образца с C12EO4/
Eu(NO3)3·6H2O/Н2О = 3,43. Показано, что системы на основе Tb(III), обладают более
длительными временами жизни, чем системы на основе Eu(III). (τ=703 µs – Tb(III) и τ=224 µs
Eu(III)), что связано с меньшим гашением ОН осцилляторами люминесценции иона Tb(III).
Исследование влияния растворителя на люминесценцию, показало что ОН осцилляторы
оказывают гасящее действие сильнее, чем OD осцилляторы. (τ=687 µs (D2O) и τ=611 (Н2O)
для системы C12EO4/Tb(III) / (H2O, D2O)), что согласуется с литературными данными.
Работа выполнена при поддержке РФФИ 08-03-00984-а, CRDF Y3-C0
Компьютерное моделирование процесса сборки оси наноподшипника
Алишева Д.А., Тарасов Д.С.
КГУ, биолого-почвенный факультет
Одной из основных задач нанотехнологии является создание наноразмерных
функциональных устройств, которые будут иметь важное значение для развития
вычислительной техники, для медицины, фармацевтической промышленности и для многих
других областей. Впервые возможность создания молекулярных устройств предложил в 1959
году Нобелевский Лауреат физик Ричард Фейнман.Различные виды функциональных
наномашин: селективный насос для неона, планетарная передача, дифференциальная
передача, подшипник – были предложены и теоретически изучены с помощью методов
молекулярной механики [1 – 3]. Сложность строения этих машин делает невозможным их
синтез с помощью обычных методов, поэтому для этой цели был предложен механосинтез.
Возможности механосинтеза были теоретически проанализированы и исследованы в ряде
работ [4,5].
На основе работ о механосинтезе нами были предложены пути механосинтетической
сборки молекулярного наноподшипника, разработанного и описанного Эриком Дрекслером в
его книге «Наносистемы» [1]. Данный подшипник состоит из 206 атомов, условно делится на
ось и муфту (рис. 1). Его ось имеет шестилучевую симметрию, а муфта –
четырнадцатилучевую. Вначале подшипник был разработан с атомами N в составе, однако
после расчетов совместно с Меркле эти атомы были заменены на атомы S, поскольку
предполагается, что связи, образуемые S внутри подшипника, будут более стабильными.
Для того чтобы существование подшипника было возможным, стабильность должна
быть свойственна не только готовой конструкции, но и структурам, существующим на
промежуточных стадиях сборки. Рассмотрение этого вопроса осложняется тем, что процесс
механосинтеза подобных молекулярных машин никогда не рассматривался и,
следовательно, промежуточные стадии сборки не известны.
Поэтому мы выдвинули предположения о возможных путях механосинтетической
сборки подшипника и исследовали разработанный нами вариант вертикальной сборки,
моделируя возможное присоединение атомов в процессе механосинтеза. Первоначальный
поиск путей сборки производился с помощью полуэмпирических методов PM3 в программе
Gaussian 98. В результате был смоделирован процесс сборки атом за атомом промежуточных
частей оси подшипника, данные части исследованы на стабильность, смоделированы
возможные процессы, происходящие при механосинтезе оси подшипника. Page 10
Повышение эффективности топочных мазутов
Ганина Л.В., Зверева Э.Р.
Казанский государственный энергетический университет, институт теплоэнергетики
Прогноз структуры топливно-энергетического баланса России показывает, что в
структуре энергетических мощностей доля ТЭС составляет 67% от общего числа
энергетических объектов, среди которых преобладают газомазутные ТЭС, которые в
качестве топлива используют высоковязкий и высокосернистый мазут. Основной проблемой
сжигания такого мазута является коррозия теплоэнергетического оборудования, вызванная
наличием ванадия и серы. Эффективным способом улучшения качества и эксплуатационных
свойств исходного мазута является введение в него специальных веществ – присадок.
Применение присадок основано на связывании агрессивных агентов (ванадия и серы),
содержащихся в мазуте или образующихся при его сгорании, с переводом их в
неагрессивные и не дающие отложений соединения.
В качестве присадок используют отдельные химические соединения, полимеры, их
композиции, а также отходы некоторых производств. Предлагаемая нами, и ранее не
использованная, многофункциональная присадка является отходом теплоэнергетических и
химических производств. Данная присадка была испытана на мазутах марки М100.
Оптимальная концентрация присадки составляет 1-2 % от массы мазута, при которой она
легко растворима в мазуте и в воде при температурах до 40 0С. Как показали
экспериментальные исследования, при данной концентрации присадки в мазуте снижается
условная вязкость исходного мазута на 10-15 % – ГОСТ 6258-85, происходит депрессия
температуры застывания на 5-7 0С – ГОСТ 20287-91, снижается его коррозионная активность
– ГОСТ 6321-92, содержание серы – ГОСТ 3877-88 и влаги – ГОСТ 2477-65 при неизменной
калорийности топочного мазута.
Была оценена предварительная экономическая эффективность применения
предлагаемой присадки. В расчётах были использованы значения цен по факту на 2
полугодие 2007 г. на мазут – 7800 руб./тонну и на присадку – 5600 руб./тонну. Средний срок
окупаемости составляет 4 месяца В области энергетики предлагаемая присадка до
настоящего времени полезно не использовалась. Но, учитывая ее значительное количество,
доступность и дешевизну, она является эффективной и перспективной присадкой к мазуту.
Таким образом, использование предлагаемой присадки позволяет улучшить
антикоррозионные, депрессорные и вязкостные свойства мазутов, снизить объемы
выбрасываемых загрязняющих веществ в атмосферу, продлить срок службы
теплоэнергетического оборудования, а также повысить надежность его работы. Page 11
Исследование кинетика ионного обмена и
разработка колонного противоточного ионитного фильтра
Галимова А. Р.
КГТУ им. А.Н. Туполева, АиЭП
В настоящее время все большее количество воды забирается на производственные
нужды, что порождает дефицит пресной воды. Поэтому очистка сточных вод и умягчение
воды являются важными с экологической точки зрения. Один из эффективных методов
очистки воды- ионный обмен.
Мы провели ряд экспериментов по изучению прохождения ионов меди через
катионит, регенерации катионита, а также исследовали влияние скорости прохождения
фильтранта на ионный обмена в колонне с катионитом. Найдено, что выход ионов меди из
колонны при пропускании через нее 0,5 М раствора постепенно нарастает до указанной
концентрации. Площадь фигуры, ограниченной S-образной кривой и прямой максимальной
концентрации ν = ∑Vi*(Cmax – Ci) равна обменной емкости катионита и оказалась равной 2,8
мг-экв/мл катионита. При регенерации катионита мы получили величину 2,38 мг-экв/мл
катионита,т.е. 85%. Пропускание раствора через колонку с различной скоростью от 0,53 до
1,22 см.сек не меняло кинетики выхода ионов меди из колонки при насыщении.
Проведенные эксперименты позволяют сделать выбор оптимальных условий работы
фильтра. Нами была разработана конструкция колонного противоточного ионитного
фильтра, суть конструкции которого заключается в том, что в колонне внутри корпуса
расположен ротор, на котором закреплен шнек, образованный двухзаходными сетчатыми
непровальными перегородками, имеющий по наружному диаметру перфорированный
кожух, а окна магистралей подвода свежего и отвода отработанного ионита расположены на
корпусе колонны диаметрально противоположно и на шаг захода по высоте друг
относительно друга. При вращении ротора свежие катионит и анионит поступают, не
смешиваясь, в соответствующие полости шнека. Одновременно с процессом очистки воды
производится непрерывный отвод отработанного ионита на регенерацию шнековыми
транспортёрами. Таким образом, в одном аппарате непрерывно протекает процесс очистки
загрязненной воды одновременно анионитными и катионитными поглотителями, и
непрерывно производится замена ионита путём регенерации отработанного, что повышает
производительность фильтра.
На данную конструкцию получены патент на полезную модель № 63704 от 22.05.2006г
и патент на изобретение № 2318574 от 22.05.2006г, получен грант «У.М.Н.И.К.». Page 12
СТЕНДОВЫЕ ДОКЛАДЫ Page 13
Генная и клеточная терапия бокового амиотрофического склероза.
Шафигуллина А.К.1, Юнусов Д.Ш.2, Ланник Н.И.2, Ризванов А.А.2,3
1Казанский государственный медицинский университет, стоматологический факультет;
2 Казанский государственный университет, биолого-почвенный факультет
3Казанский государственный медицинский университет, Центральная научно-
исследовательская лаборатория
Боковой амиотрофический склероз
–
нейродегенеративное заболевание с
прогрессирующей гибелью двигательных нейронов головного и спинного мозга,
проявляющееся параличом скелетной мускулатуры. Причина гибели нейронов в случае
семейной формы заболевания обусловлена доминантными точечными мутациями гена SOD1
(21q22.1–q22.2), кодирующего Cu/Zn–супероксиддисмутазу, одного из главных ферментов
антиоксидантной защиты клетки.
Целью нашего исследования была разработка подхода в терапии бокового
амиотрофического склероза генетически модифицированными клетками мононуклеарной
фракции пуповинной крови человека.
Исследования проводилось на трансгенных мышах линии G93A (глицин замещен на
аланин в позиции 93), экспрессирующих мутантный ген SOD1 и характеризующихся
прогрессирующей дегенерацией мотонейронов, как при боковом амиотрофическом склерозе
человека. В ретроорбитальное пространство мышей вводились генетически
модифицированные
клетки
мононуклеарной
фракции
пуповинной
крови,
трансформированные плазмидными векторами, несущими в себе: нейрональную молекулу
адгезии (L1CAM), сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF), зеленый
флюоресцирующий белок (EGFP). Трансгенные мыши выводились из эксперимента в
течение 3 месяцев.
Методом иммуногистохимии срезов спинного мозга были изучены миграция
модифицированных клеток к месту нейродегенерации, их пролиферация и дифференциация
в эндотелиальные клетки с образованием новых кровеносных сосудов (ангиогенез), что
необходимо для повышения выживаемости дегенерирующих мотонейронов. Данные
процессы были более выражены при использовании клеток мононуклеарной фракции,
модифицированных генами VEGF и L1CAM, по сравнению с клетками,
модифицированными геном EGFP (контроль). Планируются дополнительные эксперименты
по изучению влияния генетически модифицированных клеток на процесс ангиогенеза для
последующего применения их в терапии бокового амиотрофического склероза и других
дегенеративных заболеваний. Page 14
Модуляция экспрессии клеточных белков, задействованных в патогенезе ВИЧ-инфекции, с
использованием РНК интерференции.
Муянгва М1, Ризванов А.А1,2
1Казанский государственный университет, Биолого-почвенный факультет;2Казанский
государственный медицинский университет
Актуальность: существующие препараты для этиотропной терапии ВИЧ-инфекции
способны только замедлять течение болезни, токсичны, требуют особого режима приема и
вызывают резистентность. Для создания высоко специфичных эффективных препаратов,
способных вылечить ВИЧ-инфекцию, необходим поиск новых точек приложения.
Патогенез ВИЧ-инфекции активно изучается учеными всего мира и России и до сих
пор остаётся недостаточно изученным. От понимания патогенеза ВИЧ-инфекции зависит
возможность принципиально новых способов лечения и профилактики, решающих проблему
эпидемии ВИЧ-инфекции, до сих пор остающейся неуправляемой инфекцией, в масштабах
мира, РФ и РТ.
До сих пор мы могли действовать только химиопрепаратами на фазу обратной
транскрипции, на фазу сборки вируса и на фазу слияния. С появлением РНК-интерференции
мы можем избирательно влиять на любой белок, участвующий в любой из фаз развития
вирусов. Уже получены данные об эффективности РНК-интерференции против таких
инфекций, как грипп, хронический гепатит В, С, атипичная пневмония (SARS) и ВИЧ-
инфекция in vitro. Геном ВИЧ-1 сильно ограничен (около 9 кД), и вирус для своего развития
нуждается во многих белках клетки хозяина. Мы предполагаем, что вирус не сможет
адаптироваться к снижению экспрессии необходимого клеточного белка. В клетке же при
этом будут задействованы альтернативные компенсаторные механизмы, сохраняющие ее
жизнедеятельность.
Цель работы являлась поиск новых молекулярных мишеней внутри клетки для
лечения и профилактики ВИЧ-инфекции с помощью РНК-интерференции. Было создано
базы данных белков клетки-хозяина, которые играют количественную роль в цикле
внутриклеточного развития ВИЧ-1, но временное или постоянное подавление экспрессии
которых не приводит к смерти клеток. Это было сделано через обработки 1087 статей из 28
международных журналов, 4 базы данных по белкам, представленные в Internet. Из 650
белков связанных с ВИЧ были обработаны 163 белка, удовлетворяющих параметрам:
– белок кодируется геном человека (Homo Sapiens),
– белок необходим для полноценного цикла внутриклеточного развития ВИЧ-1,
– имеются статьи, посвященные функции этого белка внутри клетки.
С использованием онлайн программного обеспечения The Whitehead siRNA Selection
Web Server (http://jura.wi.mit.edu/bioc/siRNA) было обработано 6 siPНК последовательностей
для подавления экспрессии выбранных нами 3 белков-кандидатов (из 163 белки
представлены в созданной нами базе данных).
В результате наших исследований было создана база данных из 163 клеточных
белков-кандидатов для подавления экспрессии РНК-интерференцией, задействованных в
цикле внутриклеточного развития ВИЧ-1 с описанием функции в клетке и в патогенезе ВИЧ-
инфекции, результатов подавления, стимулирования и блокирования экспрессии этих
белков, со ссылками на оригинальные статьи. Было также разработаны препараты 6 коротких
интерферирующих РНК или siРНК (HMGA1-А ,HMGA1-B, Ini1-A ,Ini1-B, PML-A, PML-B,)
которые планируется использовать для последующего подавления экспрессии клеточных
белков MHGA1, Ini-1 и PML, задействованных в транспорт предынтеграционного комплекса
ВИЧ к ядру. Page 15
Полиморфизм гена параоксоназы PON I и предрасположенность к атеросклерозу
Камалетдинова Э.М.
Казанский Государственный Университет, биолого-почвенный факультет
Сердечно-сосудистые заболевания в настоящее время приняли характер эпидемии,
охватившей все высокоразвитые страны. Если в 1900 году смертность от сердечно-
сосудистых заболеваний была около 1% всей смертности, то с середины 60-х она поднялась
до уровня 40-50%. Согласно последним данным, смертность от последствий АТ к 2020 году
может достичь 60 % .
АТ – это наиболее распространенное хроническое заболевание, поражающее артерии
эластического (аорта, ветви ее дуги) и мышечно- эластического (артерии сердца, головного
мозга и др.) типа, с формированием одиночных или множественных очагов липидных,
главным образом холестериновых, отложений – атероматозных бляшек – во внутренней
оболочке артерий. Последующее разрастание в ней соединительной ткани (склероз) и
кальциноз стенок сосудов приводят к медленно прогрессирующим деформации и сужению
их просвета в плоть до полного запустевания артерии (облитерации), тем самым вызывают
хроническую недостаточность кровоснабжения органа, питаемого через пораженную
артерию.
Современные геномные исследования показали, что АТ ассоциирован определенными
генами-кандидатами, к которым, в том числе, относится и ген параоксоназы I.
В связи с вышеизложенным, целью данной работы является исследование
полиморфизма Gln192Arg (экзон 6) гена параоксоназы у больных АТ и лиц контрольной
группы.
Задачи исследования:
1.
Выделение ДНК из периферической крови человека.
2.
Исследование полиморфизма Gln192Arg (экзон 6) гена параоксоназы I у
больных атеросклерозом и лиц группы контроля методом ПЦР и рестрикционного анализа.
3.
Статистическая обработка полученных данных.
Генотипирование по полиморфному локусу было проведено у 256 человек. Группа
больных атеросклерозом, состоящая из 150 человек, сформирована на базе МКДЦ, с учетом
пола, возраста, национальности, анамнестических данных на ближайших кровных
родственников.
Группа популяционного контроля включала 106 человек, куда вошли пациенты без
признаков заболеваний.
Отбор лиц опытной и контрольной групп проводили по разработанной нами форме,
которая служила основной формализованной записи для компьютерной базы данных. У всех
пациентов было получено согласие на проведение данного исследования. Как больные, так и
лица группы контроля представляли собой смешанную популяцию Татарстана и не состояли
друг с другом в кровном родстве. Диагноз заболевания ставили на основании клинических и
биохимических исследований.
В ходе проведенного исследования было изучено распределение аллелей и
генотипов полиморфного маркера Gln192Arg гена параоксоназы I с помощью построения
доверительных интервалов для истинных долей на основании биноминального
распределения в группе больных атеросклерозом и в группе сравнения, а также
установлена ассоциация полиморфного маркера Gln192Arg гена параоксоназы I с
развитием атеросклероза среди населения РТ, при этом наличие генотипов АВ и ВВ
связано с риском развития атеросклероза (OR= 2,1268 и 0,1397 соответственно).
Установлена ассоциация гететрозиготного генотипа А/В и аллеля В с риском развития
атеросклероза в этнической группе татар (OR= 2,1268 и 1,2857 соответственно) и
показано, что гетерозиготный генотип АВ у мужчин является фактором риска развития
атеросклероза (OR= 2,1268). Page 16
Клонирование изоформ VEGF121, VEGF165, VEGF189 сосудистого эндотелиального
фактора роста человека (VEGF-A) в экспрессионный плазмидный вектор pcDNA3.1.
Юнусов Д.Ш.1, Шафигуллина А.К.2, Парпиева С.Ш.1, Салафутдинов И.И.1, Ризванов
А.А.1,3
1Казанский государственный университет, биолого-почвенный факультет;2Казанский
государственный медицинский университет, стоматологический факультет;3Казанский
государственный медицинский университет, Центральная научно-исследовательская
лаборатория
Сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF-A, далее – просто VEGF)
представляет собой сильный митоген эмбрионального и соматического ангиогенеза,
обладающий уникальной специфичностью к клеткам сосудистого эндотелия. Ген
человеческого VEGF расположен в хромосомном локусе 6p21.3, кодирующая область
охватывает около 14 т.п.н. и включает в себя 8 экзонов. Альтернативный сплайсинг одной
пре-мРНК может давать начало 11 изоформам. Большинство клеток, продуцирующих VEGF,
предпочтительно экспрессируют изоформы VEGF121, VEGF165 и VEGF189. Разные изоформы
отличаются по их биологическим свойствам. VEGF также стимулирует нейрогенез и
обладает нейропротекторным действием, однако механизм этого действия исследован
недостаточно и требует дальнейшего изучения. Нами было произведено клонирование
изоформ VEGF121, VEGF165 и VEGF189 для последующего изучения их ангиогенного и
нейропротекторного потенциала.
Целью настоящей работы является клонирование изоформ сосудистого
эндотелиального фактора роста человека VEGF121, VEGF165 и VEGF189 в экспрессионный
плазмидный вектор pcDNA3.1.
Для достижения поставленной цели нами были разработаны специфические праймеры
и проведена ОТ-ПЦР для амплификации человеческого гена, кодирующего сосудистый
эндотелиальный фактор роста. Продукты амплификации были подвергнуты электрофорезу в
агарозном геле и фрагменты ДНК с ожидаемой молекулярной массой выделены из него.
Очищенные фрагменты ДНК были клонированы в экспрессионный плазмидный вектор
pcDNA3.1. Правильность вставки и ее нуклеотидная последовательность были определены с
использованием рестрикционного анализа и автоматического секвенирования.
Таким образом, нами были созданы генетические конструкции на основе плазмидного
вектора pcDNA3.1, экспрессирующие гены трех изоформ сосудистого эндотелиального
фактора роста человека (VEGF-A): VEGF121, VEGF165, VEGF189, которые планируется
использовать для сравнительного изучения их ангиогенного и нейропротекторного
потенциала. Page 17
Анализ роли рекомбинации в скорости эволюционных процессов на основе компьютерной
модели.
Ушакова Л.С., Бабынин Э.В., Тарасов Д. С.
КГУ, биолого-почвенный факультет
Мутационный процесс является главным источником изменчивости в популяции.
Изменчивость по единичным генам, возникающая в результате мутационного процесса,
усиливается комбинативной изменчивостью – рекомбинацией. Рекомбинация играет важную
роль у всех организмов. Считается, что за счет рекомбинации в популяции увеличивается
разнообразие генотипов.
С использованием созданной нами компьютерной модели мы исследовали влияние
рекомбинации на скорость накопления в популяции хромосом с сочетанием адаптивных
рецессивных мутаций. Для оценки роли рекомбинации мы использовали коэффициент
ускорения накопления адаптивных хромосом, который равен разности между скоростью
накопления хромосом без участия рекомбинации и с рекомбинацией.
На основании полученых результатов мы сделали вывод, что роль рекомбинации
зависит от частоты исходных одиночных мутантов в популяции (Аb и аВ). Если в популяции
частота одиночных мутантов составляет 0.06, то наличие рекомбинации увеличивает
накопление гомозиготных по адаптивным рецессивным мутациям генотипов до 100 % в
течение 110 поколений, что соствляет всего лишь 2 % ускорения эволюционного процесса.
Даже при условии, когда частота одиночных мутантов в популяции составляет 0.4, скорость
накопления гомозиготных по адаптивным рецессивным мутациям генотипов увеличивается
до 16 %.
Мы также показали, что наличие рекомбинации приводит к полной элиминации
неадаптивных сочетаний генов, в результате чего снижается генотипическое разнообразие.
Таким образом рекомбинация обеспечивает закрепление в популяции только гомозиготных
по адаптивным мутациям генотипов. Page 18
Влияние мутантных нуклеаз Serratia marcescens на копийность плазмиды pHisNucSma.
Гудино Каррильо Рикардо Маурисио
КГУ, биолого-почвенный факультет
Эндонуклеазы Serratia marcescens (Nuc Sma) в последние годы находит широкое
применение в биохимических исследованиях, молекулярной биологии, медицине и сельском
хозяйстве. Фермент может быть использован для деградации ДНК и РНК, очистки белков, а
также может служить моделью для исследования механизмов транспорта белков из клетки
во внеклеточную среду у грамотрицательных бактерий.
Ранее с помощью ПЦР-мутагенеза при замене функциональных аминокислотных
остатков были получены различные мутантные варианты Nuc Sma с измененной
эндонуклеазной активностью. Например, замена R 57 на A приводит к снижению активности
фермента до 33% по сравнению с диким типом, а при замене H 89 на A получается
биохимически неактивный мутантный белок.
Целью работы явилось определение влияния мутантных эндонуклеаз на количество
копий плазмиды pHisNucSma в клетках рекомбинантных штаммов E. coli. Для определения
эндонуклеазной активности у штаммов, содержащих мутантные варианты генов
эндонуклеазы, использовали индикаторную среду с красителем. Далее мы определяли
уровень устойчивости к ампициллину, а также активность фермента β-лактамазы,
расщепляющего данный антибиотик. В результате проведенных экспериментов было
установлено, что чем выше активность эндонуклеазы, тем больше устойчивость
рекомбинантных штаммов к ампициллину, и тем выше количество синтезируемого фермента
β-лактамазы. Такое повышение устойчивости к ампициллину может быть связано с
увеличением количества гена, контролирующего этот признак. Поскольку этот ген находится
в плазмиде pHisNucSma, то такие изменения могут быть следствием повышения числа копий
этой плазмиды, что свою очередь должно сопровождаться увеличением содержания
плазмидной ДНК. Измерения количества выделенной плазмидной ДНК из исследуемых
штаммов подтвердили правильность наших предположений.
Таким образом, на основании полученных результатов можно заключить, что
существует корреляция между эндонуклеазной активностью, уровнем устойчивости к
ампициллину, активностью фермента β-лактамазы и количеством плазмидных копий.
Данные результаты имеют как научный, так и практический интерес, поскольку могут
быть использованы в биотехнологии при создании рекомбинантных штаммов, обладающих
способностью к сверхсинтезу белка, за счет увеличения дозы его гена. Page 19
Диагностика Erwinia carotovora с помощью конфокальной флуоресцентной
микроскопии.
Даминова А.Г.
КГУ, биолого-почвенный факультет
Методы конфокальной флуоресцентной микроскопии применяются во многих областях
науки, в том числе, для изучения стратегий взаимодействия растений и фитопатогенных
бактерий [1]. Эти методы позволяют выявлять скопления бактериальных клеток
непосредственно в тканях растений, а так же производить прямой подсчет микроорганизмов
in vitro независимо от их физиологического состояния [2].
В наших исследованиях была использована модельная система Erwinia carotovora –
Nicotiana tabacum. На растительных срезах была поставлена полимеразная цепная реакция in
situ
с
использованием
дезоксирибонуклеотидтрифосфатов,
меченых
6-
карбоксифлуоресцеином. ПЦР-продукты, соответствующие по локализации местам
скопления бактериальных клеток, регистрировались по флуоресценции в зеленом световом
диапазоне. Проблема автофлуоресценции клеточных стенок растений была решена
применением красителя Evans Blue. Предварительная обработка срезов этим красителем
смещала диапазон автофлуоресценции растительных тканей в красную область. Нами
анализировалось распределение патогенов в тканях хозяина в трехмерных изображениях. В
ходе предварительных экспериментов было обнаружено, что в тканях растений клетки
Erwinia carotovora локализуются как в апопласте паренхимных клеток растения хозяина, так
и в проводящих тканях.
При использовании другой модельной системы, основанной на погружении
бактериальных клеток в легкоплавкую агарозу и окраске витальными красителями BacLight,
в некоторых культурах Erwinia carotovora нами были выявлены так называемые
жизнеспособные некультивируемые клетки. Показано, что такие клеточные формы играют
существенную роль в экологии бактерий [3].
- Pesquet E., Barbier O., Ranocha P., Jauneau A., Goffner D. Multiple gene detection by in situ
RT-PCR in isolated plant cells and tissues // Plant Journal. No. 39. P. 947 – 959. 2004.
- Rudi K., Moen B., Dromtorp S.M., Holck A.L. Use of Ethidium Monoazide and PCR in
Combination for quantification of Viable and Dead Cells in Complex Samples // Applied
and environmental microbiology. P. 1018–1024 Vol. 71, No. 2. 2005.
- Oliver J. D. The Viable but Nonculturable State in Bacteria // The Journal of Microbiology.
USA. P. 93 – 100. 2005. Page 20
Влияние PGPR на улучшение роста растений в условиях солевого стресса
Мухаметзянова А.Д., Шарипова М.Р., Schnell S.
КГУ, биолого-почвенный факультет
Justus-Liebig University, Applied microbiology
Микроорганизмы ризосферы высших растений, называемые PGPR (“plant growth-
promoting rhizobacteria”), положительно влияют как на рост, так и на жизнедеятельность
растений. Вызванный бактериями эффект может быть связан с увеличением доступности
лимитированных, но важных для растений питательных веществ. Например, улучшение
фосфорного питания достигается путем мобилизации фосфора из нерастворимых
неорганических полифосфатов и/или фитатов, которые содержат около 20-50% всего
органического фосфора почв.
Цель работы – идентификация микроорганизмов ризосферы Plantago winteri и
Hordeum secalinum – двух типичных галотолерантных растений соленых почв округа
Хессена в Германии, и определение способности этих микроорганизмов способствовать
росту растений в условиях солевого стресса.
Из образцов почвы ризосферы Plantago winteri и Hordeum secalinum методом посевов
на селективные питательные среды выделили микроорганизмы различных функциональных
групп. Наибольший интерес представляли микроорганизмы, обладающие фосфат-
мобилизирующей активностью, выделенные на средах СР и IHP. Изоляты пересеивались по
5-7 раз для получения чистых культур. Затем для выделения гена 16S рРНК проводили
Direct PCR. Полученные продукты амплификации анализировали с помощью
горизонтального гель электрофореза в 1% агарозном геле.
Определение видового состава бактерий проводилось путем анализа генов
кодирующих 16S рРНК, для определения последовательности которых было проведено
секвенирование. Далее проводили сравнительный анализ последовательностей с
использованием алгоритма BLAST и программы MEGA 4.0.
Таким образом, на основе молекулярно-генетических методов анализа установлена
видовая принадлежность выделенных бактериальных штаммов: Е37 – Stenotrophomonas
maltophilia, Е111 – Sinorhizobium fredii, Е148 – Bacillus pumilus. Поскольку уровень сходства
нуклеотидной последовательности ПЦР-продукта гена 16S рРНК из штамма Е129 с
последовательностью генома штамма Bartonella elizabethae соответствует лишь 95%, мы
можем предположить их родовое сходство. Возможно, штамм Е129 – это другой вид рода
Bartonella. Выделенные бактерии эффективно культивируются на средах СР и IHP, что дает
нам возможность предположить, что данные изоляты продуцируют фермент фитазу,
способствующий мобилизации фосфора из нерастворимых фитатов почвы. Page 21
Воздействие нейротоксического аналога 6-OHDA и предшественника дофамина L-DOPA на
процесс формирования долговременной сенситизации у Helix lucorum.
Головченко А. Н.1, Муранова Л. Н.2
1КГУ, биолого-почвенный факультет; 2Казанский физико-технический институт КНЦ
РАН, лаб. Биофизики
Одной из форм пластичности является долговременная сенситизация (ДС)
оборонительных реакций животного в ответ на экстрастимулы, такие как электрошок,
сильные химические воздействия. Это состояние характеризуется резким усилением
оборонительных реакций, сопровождающихся повышением возбудимости основных
элементов нейронной сети – сенсорных, командных, а также моторных нейронов. Подобные
изменения биоэлектрической активности приводят к возникновению в нервной системе
генератора патологически усиленного возбуждения. ДС, являясь видонеспецифическим
феноменом, т.е. присущим животным разного уровня организации, позволяет успешно
исследовать мембранные механизмы формирования устойчивых очагов возбуждения в
нервной системе животного при изменении поведения. Таким образом, ДС может быть
использована как модель, имитирующая некоторые черты нервно-психических расстройств,
которая позволяет экспериментально проследить какие компоненты поведения и каким
образом меняются при воздействии различных фармакологических веществ.
Метаболический предшественник дофамина L-DOPA широко используется в экспериментах
на позвоночных и беспозвоночных животных для повышения уровня дофамина в организме.
Все эксперименты проводились на наземных легочных моллюсках рода Helix – Helix lucorum.
В работе были использованы растворы L-DOPA в дозе 4 мг/кг веса и нейротоксического
аналога 6-OHDA в дозе 30 мг/кг (однократная инъекция). 6-гидроксидофамин (6-OHDA)
применяется для селективного истощения дофаминовых элементов в нервной системе. Он
производит избирательное разрушение дофаминсодержащих терминалей в стриатуме и
других участках мозга, и оказывает однонаправленное снижающее действие на
ориентировочно-исследовательское и приспособительное поведение, а также тревожно-
фобический статус животных. 6-OHDA применялся виде однократной инъекции за неделю
до начала формирования долговременной сенситизации. L-DOPA вводили один раз в сутки
за 2 часа до начала сеанса формирования долговременной сенситизации в течении 4 дней. В
результате данных экспериментов было получено, что инъекция L-DOPA до начала сеанса
выработки долговременной сенситизации замедляет процесс формирования долговременной
сенситизации как у интактных, так и у 6-OHDA-инъецированых улиток, т.е. уменьшает ее
выраженность.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 06-04-48834). Page 22
Влияние донора оксида азота нитроглицерина и блокатора NO-синтазы L-NAME на процесс
формирования долговременной сенситизации у Helix lucorum.
Залкеева И. В.1, Муранова Л. Н.2
1КГУ, биолого-почвенный факультет; 2Казанский физико-технический институт КНЦ
РАН, лаб. Биофизики
В последние годы NO-синтезирующие нейроны обнаружены и в нервной системе
беспозвоночных, в том числе моллюсков. Участие оксида азота в пластических изменениях
синаптической передачи было описано в различных системах, в том числе для нервной
системы Helix. У брюхоногих моллюсков, оксид азота, как и серотонин, участвует в
регуляции нервных процессов и различных форм поведения. Были получены данные о том,
что в мозгу улитки серотонин и оксид азота однонаправлено регулируют функцию
серотонинергической системы. Серотонин и доноры оксида азота взаимно усиливают
эффекты друг друга. Они не только возбуждают серотониновые нейроны, но и
координируют их работу за счет активации общих синаптических видов. Различные доноры
оксида азота оказывают на серотониновые нейроны такое же действие, как и серотонин. Они
вызывают деполяризацию, повышение импульсной и синаптической активности. Их
действие обратимо и воспроизводится при повторном применении. Найдено, что оксид азота
также участвует в некоторых поведенческих программах. Одной из форм пластичности
является долговременная сенситизация, которую можно определить как усиление
рефлекторной реакции под влиянием сильного или повреждающего постороннего стимула.
Поскольку показано, что для формирования долговременной сенситизации необходим
серотонин, а у моллюсков оксид азота, как и серотонин, участвует в регуляции нервных
процессов, то мы провели исследования, направленные на поиск возможных корреляций
эффектов на серотонинергическую систему и систему оксида азота. Эксперименты
проводились на наземных легочных моллюсках рода Helix – Helix lucorum, крымской
популяции, которые до эксперимента не менее 2-х недель находились в активном состоянии
в стеклянном террариуме во влажной атмосфере при комнатной температуре. Было
получено, что предварительная инъекция блокатора NO-синтазы L-NAME и донора оксида
азота нитроглицерина не предотвращает формирования ДС у виноградных улиток, а
уменьшает ее выраженность.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 06-04-48834). Page 23
Влияние фактора транскрипции CodY на экспрессию гена глутамилэндопептидазы
B.intermedius в рекомбинантных штаммах B.subtilis
Ахметова Алина Ильдусовна, Каюмов А.Р., Шарипова М.Р
Казанский государственный университет, биолого-почвенный факультет
Эффективность метаболизма бактериальной клетки определяется балансом процессов
анаболизма и катаболизма. На их активацию и репрессию влияют факторы окружающей
среды. У бактерий выработались механизмы, позволяющие координировать метаболизм в
зависимости от доступности и разнообразия питательных веществ. В период стационарной
фазы активируются различные сигнально-сенсорные системы, запускающие транскрипцию
специфических генов с целью преодоления стрессовых условий. При переходе в фазу
замедления роста бациллы секретируют в среду множество различных ферментов
деградации, среди которых значительная доля принадлежит протеиназам. В общем пуле
протеиназ, секретируемых B.intermedius, 10% принадлежит глутамилэндопептидазе,
ферменту, осуществляющему гидролиз пептидов строго специфично по глутаминовой и
аспарагиновой кислотам. Назначение данного фермента в настоящее время вызывает бурную
дискуссию в научном обществе, и доминирующий механизм контроля экспрессии гена
фермента остается неизвестным. Целью данной работы было установить, влияет ли фактор
транскрипции CodY, регулирующий общий ответ клетки на голодание, на биосинтез
глутамилэндопептидазы B.intermedius.
Анализ регулирующей области фермента позволил выявить потенциальный сайт
взаимодействия с фактором транскрипции CodY с гомологией 75% к предполагаемой
консенсусной последовательности. Этот факт позволил нам предположить участие белка
CodY в регуляции экспрессии гена.
Штамм B.subtilis, дефектный по гену codY, был трансформирован плазмидой р∆58, несущей
ген фермента, которая была любезно предоставлена профессором С.В.Костровым (ИМГ
РАН, Москва). Изучение динамики роста культуры и накопления фермента показало, что в
рекомбинантном штамме B.subtilis , дефектном по белку CodY, при росте на богатой среде
продуктивность глутамилэндопептидазы выше по сравнению с контрольным штаммом
B.subtilis 168. По всей видимости, ген глутамилэндопептидазы негативно регулируется
данным фактором и биосинтез фермента подавлен при росте на богатой среде.
На основании полученных данных можно сделать заключение, что биосинтез
глутамилэндопептидазы B.intermedius вероятно находится под контролем глобального
регулятора метаболизма CodY в клетках бацилл.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 08-04-00789-а. Page 24
Контроль скорости везикулярного цикла цГМФ-зависимой протеинкиназой.
Тараканова О.И., Петров А.М.
КГУ, биолого-почвенный факультет
Секреция медиатора из пресинаптических нервных окончаний (НО) происходит в ходе
экзоцитоза содержащих медиатор синаптических везикул. В условиях долговременной или
высокочастоной синаптической активности количество везикул немедленно готовых к
освобождению медиатора (докированных в области активной зоны) значительно
уменьшается. Поэтому эффективность синаптической передачи определяется скоростью
перемещения везикул мобилизационного и резервного пулов в активную зону, эндоцитоза с
последующей транспортировкой везикул в определенный везикулярный пул. Многие белки,
участвующие во внутриклеточном транспорте мембранных структур, являются субстратами
фосфорилирования цГМФ зависимой протеинкиназой. Исходя из этого, целью исследования
было выявление роли протеинкиназы G в процессах составляющих везикулярный цикл
двигательного нервного окончания лягушки при длительном высокочастотном раздражении
(3 мин 20 имп/сек). Секрецию медиатора оценивали с помощью электрофизиологического
метода (двух микроэлектродной фиксации мембранного потенциала), а для слежения за
динамикой эндо- и экзоцитоза использовали флуоресцентные красители FM1-43 (1-2мкМ) и
FM2-10 (22-24 мкМ). Ингибирование протеикиназы (0,5 мкМ Rp-8-Br–PET–cGMP) не влияло
на секрецию медиатора в ответ на одиночные раздражения (показатель вероятности
экзоцитоза везикул готового к освобождению пула). Однако при переключении режима
раздражения на высокочастотный депрессия секреции медиатора (судя по амплитуде токов
концевой пластинки) протекала ускорено, а выгрузка FM-красителей замедлялась. Причем
эти изменения были ярко выражены только в первые 30-40 сек стимуляции, когда в
поддержание нейроперечачи участвует в основном мобилизационный пул. Сопоставление
данных электрофизиологических и оптических экспериментов позволило определить время
кругооборота наиболее активной фракции синаптических везикул. Оказалось, что на фоне
блокатора G-киназы рециклирование везикул сильно замедлялось (более 180 сек), по
сравнению с контролем (60 сек). Кроме этого, под действием Rp-8-Br–PET–cGMP захват FM
красителей существенно снижался в процессе раздражения и затягивался во времени. Это
указывает на замедление эндоцитоза синаптических везикул. Подводя итог, можно
заключить, что ингибирование цГМФ-зависимой протеинкиназы негативно отражается на
перемещении везикул мобилизационного пула в активную зону и интенсивности эндоцитоза.
Следовательно, активность протеинкиназы G требуется для эффективного протекания
«быстрого» варианта везикулярного цикла, который используется преимущественно
везикулами мобилизационного пула. Page 25
Модификация рекобинантного белка 9-липоксигеназы кукурузы
методом сайт-направленного мутагенеза
Коронель Л., Гоголев Ю.В.
КГУ, биолого-почвенный факультет
Липоксигеназы относятся к ключевым ферментам липидного обмена как у животных
так и растений. Позиционная специфичность атаки этими ферментами углеродного атома в
алифатической группе определяет дальнейший путь метаболизма жирных кислот. По
современным представлениям, специфичность липоксигеназ определяется ориентацией
субстрата в активном центре и характером стерического препятствия, расположенного рядом
с местом диоксигенирования субстрата. В качестве одного из них рассматривается
метильный радикал аланина, расположенного в активном центре. Предполагается, что его
удаление может вызвать изменение каталитических свойств фермента. Целью нашей работы
было получение мутантного варианта 9-липоксигеназы кукурузы A562G для последующего
изучения его свойств.
В качестве источника рекомбинантного белка использовался штамм-продуцент E. сoli
BL21(DE3), несущий рекомбинантную плазмиду pRAW2, созданную на основе вектора
pET30a, в котором была клонирована кДНК гена lox кукурузы. Посредством амплификации
этой плазмиды в процессе высокоточной полимеразной цепной реакции (ПЦР) в целевую
последовательность вводилась замена аланинового кодона на глициновый. Для удаления не
содержащей мутацию плазмидной матрицы, полученной от исходного продуцента, продукты
реакции
обрабатывались
рестриктазой DpnI,
узнающей
последовательности,
метилированные в клетках бактерий. Методом электропорации синтезированной плазмидой
трансформировали компетентные клетки кишечной палочки XL10Gold, которые в
дальнейшем служили источником нативной формы плазмидных клонов, содержащих
желаемую мутацию.
Первичный отбор клонов проводился по результатам ПЦР с использованием
праймеров, гомологичных различным областям гена липоксигеназы кукурузы. Наличие
мутации и структурная целостность гена подтверждалась сиквенированием его
нуклеотидной последовательности.
Определение свойств мутантного фермента, проведенное сотрудниками лаборатории
липидного обмена Казанского института биохимии и биофизики выявило, что мутантный
фермент образует помимо характерного продукта 9-гидроперекиси линолевой кислоты, не
менее 30% 13-гидроперекиси линолевой кислоты. Таким образом, аланин в позиции 562
действительно участвует в определении позиционной специфичности липоксигеназ. Page 26
Подход к получению суперпродуцента гуанилспецифичной рибонуклеазы Bacillus
thuringiensis
Золотова М.А.
КГУ, биолого-почвенный факультет
Одной из задач биотехнологии является получение суперпродуцентов необходимых
веществ. Повышение продуктивности штаммов, полученных методами мутагенеза и
селекции, во многом зависит от подробного изучения метаболических путей и механизмов
их регуляции. Объекты нашего исследования – внеклеточные гуанилспецифичные
рибонуклеазы Bacillus thuringiensis (РНКазы Bth) и B.circulans (РНКаза Bci). РНКазы
являются не только важным инструментом в молекулярной биологии, но и потенциальными
противовирусными и противоопухолевыми препаратами. РНКазы участвуют в фосфорном
обмене клетки и включены в систему фосфатной регуляции, контролируемую у B.subtilis
несколькими белками – PhoP-PhoR, ResD-ResE, Spo0A и AbrB. В рамках данного
исследоваия изучалось влияние белков Spo0A и AbrB на биосинтез РНКаз Bth и Bci в
клетках B.subtilis.
Были получены рекомбинантные нативный и мутантные по генам spo0A и spo0A/abrB
штаммы B.subtilis, несущие плазмиды pMZ58 и pMZ59 с полными генами РНКаз Bth и Bci,
соответственно. Все рекомбинантные штаммы активно синтезировали РНКазу на
бесфосфорной среде. Причем в мутантых штаммах, несущих плазмиду pMZ58 уровень
РНКазной активности был повышен: в штаммах, дефектных по двум генам РНО регулона –
spo0A и abrB – в 3 раза, а в штаммах мутантных только по spo0A-гену – в 5 раз, по
сравнению с нативными. Следовательно, белок Spo0A регулирует продукцию РНКазы Bth в
клетках B. subtilis, выполняя функцию репрессора. Роль белка AbrB противоположна, он
является активатором экспрессии гена РНКазы Bth. РНКазная активность как в одиночном,
так и в двойном мутантах B.subtilis, трансформированных плазмидой pMZ59, была
сопоставима с контролем, что свидетельствует об отсутствии регуляции Spo0A и AbrB
белками.
Т.о., зная систему регуляции биосинтеза, можно увеличить выход фермента в 3-5 раза,
что имеет большое значение длярешения одной из задач биотехнологии. Page 27
Влияние брефельдина А на воспроизводство проэмбриональных клеточных комплексов и
секрецию белков в морфогенном каллусе гречихи татарской
А.Э. Герра – Рейес
КГУ, биолого-почвенный факультет
Культивируемые клетки растений выделяют в питательную среду большое количество
разнообразных соединений, многие из которых жизненно необходимы для пролиферации
клеток и сохранения их морфогенетических потенций. Ранее было установлено, что в
морфогенных культурах гречихи татарской усиление экстраклеточной секреции белков и
полисахаридов предшествует образованию проэмбриональных клеточных комплексов
(ПЭКК) – структур, из которых происходит образование соматических зародышей с
последующей регенерацией растений. Брефельдин А (БФА) является специфическим
ингибитором везикулярного транспорта в клетках как животных, так и растений. В связи с
этим целью проводимых исследований было изучить влияние брефельдина А на
воспроизводство проэмбриональных клеточных комплексов и секрецию белков в
морфогенном каллусе гречихи татарской.
Установлено, что БФА в концентрации 2.5 мкг/мл полностью подавлял процесс
формирования ПЭКК. На среде с БФА в каллусных культурах наблюдали увеличение
содержания внутриклеточного белка, что может быть обусловлено нарушением секреции
экстраклеточных белков и как следствие, их внутриклеточного накопления. При этом БФА
практически не оказывал влияния на спектр внутриклеточных белков, за исключением
белков 16 и 10 кДа. Содержание этих белков в контроле увеличивалось к 14 суткам
культивирования, в то время как в опыте снижалось на 10 сут культивирования и почти
отсутствовало на 14 сут культивирования. Результаты могут свидетельствовать об
ограничении синтеза белков 16 и 10 кДа (или усилении их деградации) под действием БФА.
БФА значительно (почти в 2 раза) подавлял секрецию экстраклеточных белков. Спектры
поверхностных белков и, особенно, средовых белков также изменялись при культивировании
на среде с БФА. Если в контроле к 14 суткам культивирования в спектре поверхностных
белков увеличивалось содержание белков молекулярной массой 92, 62, 58 , 26 кДа, 16 и 10
кДа, то в опыте наблюдалось уменьшение содержания полипептидов 58, 26, 16 и 10 кДа.
Таким образом, БФА может подавлять секрецию и, вероятно, синтез, одних белков сильнее,
чем других. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что интактная секреция
является необходимой для реализации морфогенетического потенциала в морфогенных
культурах гречихи татарской. Page 28
Особенности реактивности Acholeplasma laidlawii PG8 в отношении перекиси водорода
Сорвина А.И., Медведева Е.С.
КГУ, биолого-почвенный факультет; КИББ КазНЦ РАН, лаборатория молекулярных
основ патогенеза
Микоплазмы (класс Mollicutes) – паразиты человека, животных, растений, основные
контаминанты клеточных культур, широко используемых в биотехнологии. Патогенные
потенции этих бактерий связаны с интенсивным образованием активных форм кислорода и
их уникальными способностями преодолевать окислительный стресс. Однако молекулярные
механизмы адаптации микоплазм к окислительному стрессу пока не выяснены.
Целью данной работы явилось выяснение особенностей реактивности Acholeplasma
laidlawii PG8 в отношении перекиси водорода.
В результате наших исследований было обнаружено, что инкубация клеток A.laidlawii
PG8 с перекисью водорода вызывает снижение способности микоплазмы к образованию
колоний, однако эти бактерии отличаются высокой устойчивостью к Н2О2: при внеклеточных
микромолярных концентрациях перекиси водорода внутриклеточная концентрация H2O2 не
превышает контрольные значения. При этом в клетках A.laidlawii PG8 не выявляется
активность каталазы и пероксидазы, поддерживающих низкую концентрацию H2O2 во
внутриклеточной среде, что согласуется с данными сиквенса генома A.laidlawii.
Ранее (сотрудниками лаборатории молекулярных основ патогенеза КИББ) в геноме
A.laidlawii PG 8 был выявлен и опубликован в банке данных GenBank ген dsbA, продукт
которого восстанавливает дисульфидные связи и относится к белкам семейства Trx
(тиоредоксины). Из вегетативных форм клеток A.laidlawii PG8 нами выделена фракция
белков, обогащенная тиоредоксином, что подтверждает данные сиквенса о наличии гена trx в
геноме A.laidlawii. В результате сравнительного анализа первичной структуры гена
тиоредоксина A.laidlawii, а также других микоплазм и некоторых представителей Firmicutes
нами была построена возможная филогенетическая схема соответствующего белка и
установлено, что первичная структура тиоредоксина A.laidlawii имеет наибольшую
гомологию с таковой фитоплазм (класс Mollicutes).
Результаты выполненного нами сравнительного анализа первичной структуры гена
тиоредоксина и предполагаемой аминокислотной последовательности белка также
свидетельствуют о подверженности гена горизонтальному переносу и структурным
перестройкам как вне, так и в активном центре белка. В этой связи интересны особенности
структуры гена trx при адаптации A.laidlawii к окислительному стрессу, связанной с
выраженным мутационным процессом микоплазмы, представляют большой интерес. Page 29
Электронная микроскопия и пролиферация лимфоцитов при различной степени тяжести
АБА
Рамос-Эрнандес Мануэль, Сафина Алия Фаритовна
КГУ, биолого-почвенный факультет
Т-клеточный апоптоз представляет собой ключевое патогенетическое событие,
ведущее к потере эпителиальных клеток при астме. Однако, данные о наличии
апоптотических клеток в периферической крови при атопических и аллергических
заболеваниях противоречивы.
Установлено, что общее количество лейкоцитов у больных понижено, снижение
связано с уменьшением количества Лф (Мелег.=2005; Месред.=1855; Ме тяж.=1610), т.о.
установлена обратная корреляционная зависимость между уровнем Лф и тяжестью астмы
(r=-0,3, p=0,04). Морфология Лф также претерпела существенные изменения: структура Лф
больных средне-тяжелой формой АБА выраженно отличается как от здоровых клеток, так и
клеток больных легкой формой АБА.
Заслуживает внимание явление Лф-ассоциированного апоптоза, наблюдаемого при
взаимодействии Т-клеток и больших гранулосодержащих Лф с клетками-мишенями.
Например, в опухолях, где апоптотическая способность перерожденных клеток снижается,
Лф оказывают преимущественно пролиферативный эффект, т.е. стимулируется рост клеток
опухоли. Уровень апоптотических клеток, обнаруживаемых в гиподиплоидной зоне
гистограмм, сравнивали с количеством клеток в культуре Лф здоровых и легкой, средней и
тяжелой степеней астмы на 3 и 6 сут культивирования. При спонтанном апоптозе количество
Лф на 3 сут увеличивается в культуре здоровых клеток на 45% , а при культивировании Лф
легкой и средней тяжести на (58 и 70) %, соответственно. На 6 сут в контроле количество Лф
снижалось (т.е. гибло в результате апоптоза) в 3 раза по отношению к 3 сут, а при легкой и
средней тяжести астмы ∼ в (1,6-1,7) раза (т.е. по-видимому, клетки продолжают жить, и
проявляется пролиферативный эффект, на фоне торможения апоптоза при астме). При
индуцированном апоптозе в контроле количество клеток на 3 сут увеличилось только на 5 %,
а, погибло по сравнению с 3 сут более 70% клеток. В культуре Лф легкой и средней степеней
тяжести количество клеток увеличилось только на (33-20) %,соответственно, а снизилось на
(47-42) %, что свидетельствует об индукции апоптоза в культуре этих клеток.
Таким образом, установлены особенности роста клеток, их морфологии и апоптоза в
культуре Лф от больных с различной степенью тяжести АБА. Page 30
Моделирование процесса фолдинга белка на примере миелин олигодендроцит
гликопротеина
Алишева Д.А., Тарасов Д.С.
КГУ, биолого-почвенный факультет
В последнее время работам по моделированию и прогнозированию механизмов
протекания биохимических реакций, а также предсказанию структуры и свойств белков,
лекарственных препаратов стало придаваться первостепенное значение. На данный момент
большое количество исследований было проведено по моделированию процессов синтеза
белка. Ведущие мировые фирмы, такие как IBM, уже на протяжении нескольких лет ведут
разработку программного и аппаратного обеспечения для таких исследований. На
сегодняшний день суперкомпьютер Blue Gene, созданный фирмой IBM, является лидером в
области программного и аппаратного обеспечения. Специальное приложение Blue Matter
было разработано для изучения механизмов синтеза белка, а также для моделирования
лекарственных препаратов.
Размеры белков, зачастую состоящих из сотен, а то и тысяч аминокислот, делают
предсказание их свойств практически невозможным. К примеру, гемоглобин, белок,
состоящий из четырех субъединиц по 150 аминокислот. Каждая из аминокислот может
находиться в десяти разных состояниях, общее число вариантов молекулы гемоглобина
составит 10150, и при скорости анализа 1 тыс. вариантов в секунду процесс займет не менее
10130 миллионов лет.
Белки контролируют все клеточные процессы в живых организмах. Всякое изменение
структуры белка немедленно приводит к изменению его функции. Даже малейшие
нерегулярности фолдинга могут стать причиной серьезнейших заболеваний. Понять
механизм фолдинга – значит понять причину многих заболеваний и вплотную подобраться к
способам их излечения.
Поэтому целью данной работы стало моделирование процесса фолдинга белка, а
именно миелин олигодендроцит гликопротеина, являющегося ключевым ЦНС-специфичным
аутоантигеном для основной демиелинизации во множественном склерозе. Моделирование
проводилось с помощью созданной нашей исследовательской группой программы GPAMM с
псевдопотенциалом AMBER с использованием мощностей графической видеокарты NVIDIA
GeForce 8800. Анализ данных проводился сравнением результатов с экспериментальными
данными, полученными из базы данных National Center for Biotechnology Information (NCBI). Page 31
Виртуальная машина для моделирования путей биохимических реакций
Изотова Е. Д., Тарасов Д.С.
КГУ, биолого-почвенный факультет
Компьютерное моделирование является важным инструментом при разработке новых
лекарственных средств, поскольку позволяет предсказать возможные варианты их
воздействия на биохимические пути. Моделирование реакций in silica является основой для
разработки новых биохимических путей с целью их внедрения в клетку для получения
культуры с заданными свойствами. Моделирование может быть использовано и для
обучения школьников и студентов биохимии, в частности при изучении биохимических
циклов и кинетики биохимических реакций.
Целью данной работы является создание компьютерной программы для
моделирования биохимических реакций, в основе которой лежат биохимические сущности.
Созданная программа работает в двух режимах: режим «Обучения» и режим
непосредственного моделирования.
Состояние “Обучение” позволит школьнику или студенту самостоятельно разобраться
в сложных биохимических циклах, поэтапно составляя их и запуская. При загрузке этого
модуля в распоряжении пользователя имеются только начальные и конечные компоненты.
Изображения всех субстратов соответствует их действительной пространственной
конформации. Большинство ферментов являются белками, состоящими из большого числа
атомов, и их размеры относительно субстратов очень велики, поэтому они изображены
схематично в виде сфер.
Перед запуском виртуальной машины необходимо задать количество реагирующих
компонентов и число шагов, которая должна пройти система. На каждом шаге обновляются
данные на экране: изменяются радиусы молекул, которые пропорциональны количеству
веществ в растворе, и обновляются графики зависимости количества выбранного вещества
от числа шагов. В результате обучающийся приобретает знания по биохимии, опыт
моделирования биохимических реакций и знакомится с кинетикой ферментативных реакций.
Состояние моделирования позволяет в дополнение к режиму «Обучение» пополнять
имеющийся массив описанием пассивных и активных компонентов (субстратов и
ферментов) и непосредственно моделировать биохимические реакции, поскольку в данном
состоянии пользователю доступна вся имеющаяся база элементов системы. Полученные
данные для удобства дальнейшей их обработки записываются в выходной файл.
Для оценки адекватности работы разработанной виртуальной машины, являющейся
вариантом стохастического метода моделирования, было смоделировано несколько типов
биохимических реакций: односубстратная ферментативная реакция, двусубстратная реакция
(упорядочный би-би- механизм, неупорядочный би-би- механизм, пинг-понговый би-би-
механизм), ингибирование, аллостерическое взаимодействие.
Для анализа полученных результаты было проведено их сравнение с данными,
полученными с помощью численного решения системы дифференциальных уравнений на
основе закона действия масс. Результаты предсказаний разработанной компьютерной модели
согласуются с результатами, предсказанными кинетической моделью на основе закона
действия масс. Следовательно, разработанная виртуальная машина адекватно описывает
биохимические реакции.
В дальнейшем планируется оснастить данную программу возможностью создавать
компартменты, разграничивающие внутреннюю поверхность клетки, и осуществить
взаимосвязь между ними в виде пассивного и активного транспорта. В итоге, описав все
биохимические процессы, происходящие в клетке, можно создать клетку виртуальную
клетку для её изучения и проведения экспериментов in silica, что позволит сократить
временные и материальные затраты для физического проведения экспериментов. Page 32
Математическое моделирование биоремедиации почв, загрязненных углеводородными
соединениями*
П. В. Малов
КГУ, механико-математический факультет
В современных условиях в качестве загрязнителей поверхностных слоев почв широко
распространены нефтяные углеводороды, входящие в состав моторных топлив (УВМТ),
промышленных растворителей и других нефтепродуктов. Схема современных технологий
очистки загрязненных почв от УВМТ включает обычно два этапа. Первый – удаление
основного количества наименее связанной части УВМТ с помощью физико-химических или
термических способов; такие технологии достаточно хорошо разработаны. Основные усилия
исследователей сосредоточены сегодня на развитии второго этапа (более продолжительного
и сложного) – разработке эффективных методов доведения загрязненных почв до
экологически чистого состояния (концентрации УВМТ, равной или меньшей ПДК).
В лаборатории химии окружающей среды КГУ предложена технология второй стадии
очистки и восстановления почв, основанная на сочетании биологических и физико-
химических методов. Основным принципом технологии является использование
биосорбционного комплекса (БСК) – сорбентов, инокулированных активными штаммами
углеводородокисляющих микроорганизмов. Это позволяет одновременно снизить
количество подвижного УВМТ в почве за счет сорбционного удерживания и повысить
устойчивость микроорганизмов за счет содержащихся в БСК питательных веществ.
В качестве теоретического обоснования указанной технологии создана математическая
модель поведения УВМТ в почвах с учетом их сорбции и биодеградации. Модель построена
на основе балансовых соотношений для загрязнителя, биомассы и питательных веществ.
Сорбция УВМТ на внесенном БСК предполагается равновесной. Развитие микроорганизмов
описывается трехфакторной кинетикой Моно и линейным законом их гибели.
Математическая модель реализована в виде расчетной программы. Выявлено
взаимовлияние одновременно протекающих в почвах процессов микробной и сорбционной
иммобилизации УВМТ, а также установлены закономерные связи между их протеканием и
условиями среды. Построенная модель позволяет оптимизировать выбор технологического
регламента для конкретных условий загрязненной среды и является инструментом для
прогнозирования эффективности выбранного режима очистки.
* Работа выполнена при поддержке гранта МНТЦ #3419.2 Page 33
Моделирование обтекания крыловых профилей с имплантированными устройствами
активного управления потоком
Валитов Р.А.
Казанский государственный университет, механико-математический факультет
В данной работе на базе исследований в области аэродинамики вязкой жидкости
решается задача обтекания крылового профиля с имплантированными устройствами
активного управления потоком. Цель их использования – манипулирование потоком для
модифицирования аэродинамических характеристик тела: контролирование положения точки
отрыва пограничного слоя (ПС), максимизация подъемной силы и минимизация силы
сопротивления, а также уменьшение потребления топлива. При этом не происходит
изменение геометрии профиля, следовательно, устройства активного управления потоком
можно рассматривать как инструмент для прогрессивной мультифакторной оптимизации
путем варьирования их параметров (места расположения, количества элементов,
конфигурации, мощности и т.д.).
Для проведения расчетов на основе теоретической схемы решения была
спроектирована и составлена компьютерная программа численного моделирования
обтекания крыловых профилей по модели ПС путем прямого решения уравнений Прандтля.
Для этого используется метод конечно-разностных аппроксимаций, решение представлено
разными схемами: Дэвиса, Келлера, неявной схемой. В программе реализован следующий
спектр устройств активного управления потоком:
- Механизмы, в которых осуществляется отсос ПС.
- Устройства, в которых осуществляется тангенциальный (параллельно стенке) или
нормальный (перпендикулярно стенке) вдув жидкости или газа в ПС.
- Движущаяся стенка.
Проведена серия расчетов с использованием различных устройств, их комбинаций и
сочетаний, подтверждающая благоприятный эффект от использования элементов активного
управления потоком.
При использовании рассмотренных механизмов важным является их оптимальное
расположение или комбинация, что существенно влияет на их эффективность. На практике
следует также учитывать экономичность тех или иных устройств. Page 34
Информационно-ресурсная модель почвенных данных территорий сельскохозяйственного
назначения.
Сахабиев И.А.
КГУ, биолого-почвенный факультет.
Основу большинства методов обработки в информационных системах составляют
информационные модели, которые служат для формализованного представления данных.
Информационно-ресурсные модели предполагают технологические возможности
упорядочивания, анализа и обновления, поступающих и хранящихся данных, что дает
предпосылки для оптимизации использования и обработки огромного массива данных
различного качества. Также использование информационно-ресурсных моделей в
исследованиях позволяет осуществлять переход от совокупности разрозненных единичных
данных к совокупности взаимосвязанных групповых характеристик объекта.
В настоящее время на кафедре почвоведения биолого-почвенного факультета
разрабатывается информационно-ресурсная модель почвенных данных территорий
сельскохозяйственного использования. Модель представляет собой базу данных
реляционного типа и включает в себя многолетний (1935-1990гг.) накопленный массив
полевых и лабораторных данных почв Государственных сортоиспытательных участков
(ГСУ). Накопленные данные, реализованные в информационной модели, позволят
проследить в хронологическом режиме тренд химических, физических, морфологических
показателей почв.
Данная модель реализуется в среде СУБД Microsoft Access, входящей в пакет Office.
Структуру модели составляют иерархично упорядоченные таблицы, связанные друг с другом
посредством кодов-связок. Все таблицы имеют взаимосвязь друг с другом, реализованную
посредством связей один-ко-многим.
Основная
таблица
включает
данные
географического,
геологического,
геоморфологического, ботанического, почвенного описания ГСУ. Связанные с ней таблицы
содержат информацию о почвенных разрезах, характеризующих почвы. Таблица
информации о почвах связана с таблицей информации о почвенных горизонтах и с таблицей,
включающей информацию об изменениях мощности горизонтов. Таблица «Морфология»,
характеризующая морфологическое описание почвенных горизонтов, имеет связь с таблицей
«Профиль», имеющей данные о почвенных горизонтах. Таблица «Морфология» связана с
несколькими таблицами: «Химические показатели почв», «Данные гранулометрического
анализа», «Данные структурно-агрегатного анализа», «Данные микроагрегатного анализа»,
«Водно-физические показатели почв», «Физические показатели почв». В отдельный блок
выведена информация о площадных агрохимических измерениях почв. Page 35
Ферментные препараты на основе функционализированных углеродных нанотрубок
Булатов Э.Р., Бондарь О.В., Никитина И.И., Абдуллин Т.И.
Казанский государственный университет
Актуальной задачей современной био- и нанотехнологии является конструирование
комплексов биологических молекул с наноразмерными материалами, обладающих новыми
биологическими и физико-химическими свойствами. Подобные комплексы представляют
значительный интерес в биотехнологиях, связанных с использованием иммобилизованных
ферментов и созданием на их основе эффективных нанореакторов. Перспективной
платформой для конструирования ферментных нанореакторов являются углеродные
нанотрубки (УНТ), отличающиеся высокоорганизованной наноструктурой, большой
площадью поверхности и биосовместимостью. Ранее с использованием углеродных
нанотрубок в нашей группе были разработаны чувствительные биосенсоры для прямого
детектирования биомолекул [1, 2]. Целью настоящего исследования является разработка
метода получения стабильных водорастворимых комплексов углеродных нанотрубок с
ферментами.
Для этого готовили суспензию водорастворимых многостенных УНТ посредством их
химического окисления. Модельный фермент пероксидазу ковалентно сшивали с УНТ при
помощи карбодиимидного метода. Предложены подходы по характеристике, визуализации и
разделению УНТ и их комплексов с пероксидазой с использованием биохимических и
физико-химических методов.
Разработанный метод не требует дорогостоящих реактивов и оборудования и может быть
использован для получения активных ферментных препаратов в промышленном масштабе.
Область применения подобных препаратов включает создание биотопливных элементов,
химический катализ и переработку органических отходов.
Литература
- Т.И. Абдуллин, И.И. Никитина, О.В. Бондарь, Д.Г. Ишмухаметова, О.А. Коновалова,
М.Х. Салахов // Рос. нанотехнологии. 2007. Т.2. №7–8. С.156–160.
- Т.И. Абдуллин, И.И. Никитина, Д.Г. Ишмухаметова, Г.К. Будников, О.А. Коновалова,
М.Х. Салахов // Журн. аналит. химии. 2007. Т.62. №6. С.667–671. Page 36
Исследование β-адренорецепции и функционального состояния ион-транспортной
системы клеточных мембран.
Анисимова Н.П.
КГМУ, педиатрический факультет.
Цель: выявить взаимозависимость функционального состояния ион-транспортной
системы клеток и адренореактивности организма по группе в целом и в зависимости от
половой принадлежности пациента. Методы исследования: обследовано 92 здоровых
человека в возрасте 17-24 года. Состояние адренореактивности организма исследовали
экспресс-методом определения адренореактивности (β-АРМ) (Длусская И.Г., Стрюк
Р.И.,1995). Функциональное состояние клеточных мембран оценивали по скорости Na+-Li+-
противотранспорта (V Na+-Li+-ПТ) в мембране эритроцита (M.Canessa,1980). Результаты V
Na+-Li+-ПТ оценивались по средним величинам и посредством квартильного анализа.
Границы квартилей (КВ) определены В.Н. Ослоповым (2004): IКВ 38-203, IIКВ 204-271,
IIIКВ 272-345, IVКВ 346-730 мкмолей Li/1л клеток в час (мкМ Li). Границы КВ у женщин
определены О.В. Богоявленской (2002): IКВ 78-193, IIКВ 194-265, IIIКВ 266-342, IVКВ 343-
730 мкМ Li. Полученные результаты: средние величины β-АРМ – 25,2 ЕД; Na+-Li+-ПТ – 273
мкМ Li. При изучении корреляционной зависимости между β-АРМ и V Na+-Li+-ПТ в целом
выявлено r=0,13; P<0,01. В границах КВ выявлена корреляционная зависимость между V
Na+-Li+-ПТ и β-АРМ: IКВ r=0,35; P<0,01; IIКВ r=0,26; P<0,01, IIIКВ r=-0,17; P<0,01; IVКВ
r=-0,2; P<0,01. При исследовании женщин (41 чел), корреляционная зависимость между β-
АРМ и V Na+-Li+-ПТ в целом равна r=0,21; P<0,01, в границах КВ V Na+-Li+-ПТ выявлено:
в IКВ r=0,3; P<0,01; IIКВ r=0,24; P<0,01; IIIКВ r=-0,5; P<0,01; IVКВ r=-0,31; P<0,01. У
мужчин (51 чел) в целом r=0,07; P<0,01 с сохранением тренда, обнаруженного у женщин
(IКВ r=0,23; P<0,01, IIКВ r=0,02; P<0,01,IIIКВ r=0,12; P<0,01 и IVКВ r=-0,05; P<0,01).
Выводы: Обнаружена взаимосвязь между V Na+-Li+-ПТ и β-АРМ: при малых и средних
величинах V Na+-Li+-ПТ выявлена положительная корреляционная зависимость, а при
высоких величинах – отрицательная зависимость, значимая у женщин и с сохранением этого
тренда у мужчин. У лиц с величинами V Na+-Li+-ПТ выше 204 мкМ Li (лица II-IVКВ)
отмечается снижение адренореактивности по сравнению с лицами – носителями величин V
Na+-Li+-ПТ IКВ. Обнаруженные взаимосвязи могут быть использованы при
дифференцированном применении β-адреноблокаторов. Page 37
Определение грибковых аллергенов с помощью амперометрического иммуноферментного
сенсора.
Шелкоплясова Н.В., Медянцева Э.П.
Казанский Государственный Университет, Химический институт им. А.М. Бутлерова.
Создание простых и надежных методов выявления микроорганизмов, оценка их
количественного содержания представляет значимость для клинической медицины,
ветеринарии, пищевой промышленности, контроля объектов окружающей среды и охраны
здоровья населения. Грибковые инфекции являются важной проблемой клинической
медицины. Большинство грибов не являются патогенными для здоровых людей, но плесени
и некоторые условно-патогенные грибы-загрязнители, наряду с другими аллергенами, могут
вызывать микогенную сенсибилизацию и быть причиной аллергических заболеваний.
Существует группа заболеваний, объединенных названием «синдром больного здания»,
которым страдают люди, длительное время находящиеся в помещениях, пораженными
плесневыми грибками.
Цель настоящей работы – разработка способа определения одних из наиболее
распространенных грибковых аллергенов Alternaria alternata и Cladosporium herbarum с
помощью иммуноферментного сенсора (ИФС) в различных объектах для контроля качества
окружающей человека среды.
Определение основано на сочетании иммунных и биокаталитических взаимодействий с
амперометрическим детектированием. В качестве первичного преобразователя сигнала
использовали screen-printed (планарные) электроды. Для приготовления биочувствительной
части ИФС проводили совместную иммобилизацию фермента – бутирилхолинэстеразы (ХЭ)
и соответствующих иммунореагентов – антител (Ат) в матрицу из бычьего сывороточного
альбумина. Подобраны условия работы сенсора, обеспечивающие получение максимального
аналитического сигнала. Аналитическим сигналом служил ток окисления продукта
ферментативного гидролиза субстрата ХЭ – тиола.
Разработанный иммуноферментный сенсор позволяет проводить определение
грибковых антигенов (Аг) на уровне нано- (10-9) и пикомолярных (10-12) содержаний
определяемого компонента. Диапазон рабочих концентраций составил 1×10-2-1×10-8 мг/мл
для Аг Cladposprorium herbarum. Линейная зависимость величины аналитического сигнала
от содержания Аг Alternaria alternata наблюдалась в интервале 1×10-2-1×10-7 и 1×10-9-1×10-12
мг/мл. Рассчитаны важнейшие параметры ферментативной реакции и иммунологической
реакций. Полученные значения констант образования иммунных комплексов [Аг-Ат]
1.4×1013 и 1.4×108 для A.alternata и C. herbarum соответственно указывают на достаточно
прочное связывание иммунореагентов и возможность применения данной реакции в
аналитических целях.
Установлено, что используемые антитела не обладают перекрестной реактивностью по
отношению к антигенам другим видам грибов, аллергенные свойства которых
регистрируются наиболее часто (Aspergillus flavus, A.niger, Penicillium tardum, Rhizopus
nigricans, Mucor pusillus, Fusarium oxysporum). Проведена оценка степени мешающего
влияния данных грибковых аллергенов на определение целевых Аг.
Предлагаемый ИФС может быть использован для количественной идентификации Аг
A.alternata и C. herbarum в самых различных объектах (воздух, почва, конструкционные
материалы, ткани, бумага, продукты питания). Данный способ позволяет детектировать
грибковое заражение на ранних стадиях, что позволит принять своевременные меры по их
обеззараживанию и избежать возможных опасных последствий длительного воздействия
грибковых аллергенов и развития гиперчувствительности к спорам грибов. Page 38
Оценка биологической активности иммобилизованных культур
нитрифицирующих микроорганизмов
Староверова И.В., Кирилина Т.В., Семенова Е.Н., Сироткин А.С.
Казанский государственный технологический университет
Факультет пищевых технологий
В процессах биологической очистки сточных вод большое значение имеет удаление
неорганических соединений азота.
Целью данной работы являлась сравнительная количественная оценка биологической
активности суспендированных и иммобилизованных форм накопительных культур
нитрифицирующих микроорганизмов.
Анализ активности аммонийокисляющих и нитритокисляющих микроорганизмов
проводился в периодических условиях шестисуточного аэробного культивирования на
селективных средах. В качестве носителей для прикрепленных форм нитрификаторов
использовались керамзит дренажный, углеродорганическое волокно (УОВ) и
полиэтиленовые гранулы (ПГ). Нитрифицирующая активность иммобилизованных и
суспендированных микроорганизмов оценивалась по скорости и эффективности удаления
исходного субстрата и накопления конечного продукта.
Анализ экспериментальных данных показал, что прикрепленные формы
нитрификаторов обладают большей биологической активностью по сравнению с
суспендированными клетками. Так, значения скорости потребления ионов аммония для
аммонийокисляющих и нитрит-ионов – для нитритокисляющих микроорганизмов составили,
соответственно: иммобилизованных на керамзите – 18,7 и 21,7 мг/сутки, на УОВ – 14,4 и
20,0 мг/сутки, на ПГ – 9,2 и 14,0 мг/сутки. Скорость потребления ионов аммония и нитрит-
ионов в контрольных пробах – микробных суспензиях аммонийокисляющих и
нитритокисляющих микроорганизмов составила 8,5 и 12,6 мг/сутки соответственно. Таким
образом, отмечено повышение окислительной активности иммобилизованных культур
аммонийокисляющих и нитритокисляющих микроорганизмов в 2,2 и 1,7 раза
соответственно. При этом наблюдалось глубокое потребление субстрата во всех пробах..
Очевидно, что УОВ и керамзит являются наиболее предпочтительными носителями для
иммобилизации нитрификаторов. Вышеуказанные носители обладают большой удельной
поверхностью, что способствует значительному накоплению биомассы, обладающей
высокой окислительной активностью..
По результатам экспериментальных исследований керамзит дренажный и УОВ могут
быть рекомендованы в качестве носителей биопленки для повышения эффективности
биологической очистки сточных вод в биофильтрах.Page 39
Биологическая активность капустного сока в процессе ферментации
Шаяхметова Р.М., Докучаева И.С., Лапин А.А.*
Казанский государственный технологический университет
Факультет Пищевой инженерии
* Институт органической и физической химии им. А.Е.Арбузова КазНЦ РАН
Сок белокочанной капусты – прекрасное средство для очищения организма, лечения
болезней органов дыхания, сердца и сосудов, кровотечений, воспалительных и
травматических повреждений кожи и других заболеваний.
Для увеличения срока хранения и улучшения органолептических свойств капустного
сока его подвергают ферментации с использованием молочнокислых бактерий. Цель работы
– изучение биологической активности капустного сока в процессе его ферментации.
Биологическую активность капустного сока оценивали по интегральной
антиоксидантной активности (АОА) и по изменению активной кислотности (рН).
Ферментацию капустного сока проводили в присутствии чистых культур
молочнокислых бактерий (МКБ) Lactobacillus plantarum при температуре 32°С и
концентрации молочнокислых бактерий 2·109 лактобацилл в 1 мл сока, время ферментации
сока капусты сорта «Подарок» до рН 4.0 составило 10.5 часов. Для контрольного образца,
ферментировавшегося без добавления молочнокислых бактерий, – 16.5 часов.
Антиоксидантную активность сока измеряли на кулонометре “Эксперт 006” по
сертифицированной методике (МВИ 01-44538054-07). Активную кислотность (рН) в
определяли рН- метром фирмы Hanna – Италия.
Ферментированный сок (в присутствии МКБ) имел активность 155.93±8.47 мг рутина
на 100 мл, S=0.19, Sx=0.03, Еотн.=5.43 %. Активность исходного сока была на 1.81 % отн.
выше, время ферментации составляло 10.55 часа. Контрольный образец сока имел конечную
активность 153.39±7.23 мг рутина, S=0.15, Sx=0.03, Еотн.=4.71 %. Активность исходного
сока (контроль сравнения) на 3.50 % отн. выше, время ферментации – 27.75 часа.
Таким образом, в процессе ферментации с использованием чистых культур
молочнокислых бактерий сокращается время ферментации до рН 4 на 163.03 % отн. В целом
потери антиоксидантной активности капустного сока при ферментации незначительны,
наблюдаются резкие скачки антиоксидантной активности , происходящие в результате
жизнедеятельности молочнокислых бактерий: процессы синергизма (увеличения значений
АОА) и антогонизма (уменьшения значений АОА). Данные процессы вероятно связаны с
расщеплением сахаров с образованием нестабильных к окислению продуктов распада. Page 40
Биосенсоры с применением тирозиназы для определения фенола
Гумерова Г.И.
КГТУ им. А.Н. Туполева, факультет Автоматики и Электронного Приборостроения (АЭП)
Тирозиназа, орто-дифенолоксидаза, фермент класса оксидоредуктаз; содержится почти
во всех животных и растительных организмах. Тирозиназа катализирует окисление
аминокислоты тирозина при биосинтезе пигментов меланинов, участвует в синтезе
адреналина и др. процессах обмена веществ. Наследственное нарушение активности
тирозиназы или её отсутствие в организме — причина альбинизма. Установлена
идентичность тирозиназы и полифенолоксидазы.
Биосенсор с тирозиназой обладает быстрым откликом <10 сек и хорошей
стабильностью. Предел определения для фенола составляет 1×10-8
М.. Разработано
двухфазное амперометрическое биосенсорное устройство с иммобилизованной тирозиназой
для детектирования фенольных соединений как в водной, так и в органической фазах.
Сенсор позволяет определять 1 нмоль/л (0,1 мкг/л) фенола в водных растворах в статических
условиях и 10 нмоль/л (1 мкг/л) в потоке. Градуировочные графики линейны в пределах 5
порядков величины концентрации. Чувствительность определения фенолов в органических
растворителях и интервал линейности градуировочных графиков сильно зависят от
относительной гидрофобности растворителя и аналита. Изготовлен тирозиназный (Tyr)
биосенсор, основанный на иммобилизации фермента сшиванием глутаровым альдегидом на
поверхность микропечатных электрохимических датчиков. Возможно применение
биосенсора для амперометрического детектирования фенольных соединений (фенол,
катехин, м-крезол, п-крезол, 4-хлор-3-метилфенол, 3-хлорфенол, 4-хлорфенол, 2,4-
диметилфенол, 3,4-диметилфенол и 2-аминофенол). Оптимизированы условия определения
такие, как потенциал определения и pH р-ра носителя (0,1 М фосфатный буф. р-р с pH=6,5).
Время жизни Tyr биосенсора несколько недель. Вычислены кинетические параметры Tyr
реакции для 10 фенольных соединений. Возможно применение биосенсора для анализа
сточных вод и экологического мониторинга в целом.Page 41
Нейропсихологический статус пациентов с сочетанной кардиоцеребральной патологией
Долгова К.А.
Казанский государственный медицинский университет, лечебный факультет
Актуальность. В структуре смертности населения РФ безвозвратные потери от
кардиоваскулярной патологии занимают первое место с тенденцией к неуклонному росту.
Доказано, что тревожно-депрессивные расстройства – один из основных факторов риска
сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) и смертности (И.Ю. Дороженок, 2003).
Цереброваскулярная патология (ЦВП) имеет взаимосвязь с психосоматическими
расстройствами (А.Б. Смулевич, 2006) и приводит к дисфункции психоэмоциональной сферы
с депрессивным характером и когнитивными нарушениями (КН) (И.В. Дамулин, 2005).
Цель. Анализ нейропсихологического состояния пациентов с острой и хронической
ЦВП на фоне артериальной гипертензии (АГ), ишемической болезни сердца (ИБС),
хронической сердечной недостаточности (ХСН) и их сочетания, с учетом факторов риска
ССЗ: уровня КН, тревожности, качества жизни (КЖ) и наличия алекситимии.
Материал и методы. Клиническая группа – 15 пациентов, средний возраст 59,7 года. В
структуре пациентов: 20% с ишемическими инсультами (ИИ), 40% с хронической ишемией
мозга (ХИМ) и 40% с транзиторными ишемическими атаками (ТИА). Клиническое
исследование с заполнением карты обследования, разработанной специально для этой
группы больных, уровень КН оценивался посредством шкалы MMSE, тревожности – по
шкале Спилбергера, КЖ – опросником SF-36, наличие алекситимии – по Торонтской шкале.
Результаты. ЦВП на фоне ИБС – у 13,3% пациентов. На фоне АГ – у 73,3% больных, из
них 40% – с АГ, осложненной ХСН, а 33,3% – с сочетанием АГ, ИБС и ХСН. Среди факторов
риска ССЗ: отягощенная наследственность (73,3%), избыточная масса тела (60%), у всех
женщин – менопауза и у 77,8% мужчин – курение. У больных ИИ и ХИМ выявлена
алекситимия. Больные же ТИА имеют риск ее возникновения; наивысший общий показатель
КЖ; как правило, у них нет КН или наблюдаются легкие, имеющие тенденцию к
восстановлению; определена умеренная тревожность, которая при АГ и ИБС усиливается. У
больных ИИ и ХИМ выявлены: АГ, осложненная ХСН, выраженная тревожность. Но среди
пациентов с ХИМ чаще наблюдается умеренная деменция, ИБС и сочетание АГ, ХСН, ИБС.
Выводы. Нейропсихологический статус пациентов различается в зависимости от вида
ЦВП, а также от наличия и характера ассоциированного ССЗ. Выраженность тревожно-
депрессивных расстройств нарастает параллельно тяжести неврологических проявлений. КН
являются характерным симптомом депрессии и прямо коррелируют с ее выраженностью.
Практическое значение. Эффективность лечения сочетанной кардиоцеребральной
патологии достигается путем использования психофармакотерапии и психокоррекции. Page 42
Исследование процесса микровезикуляции в крови при курении.
Анисимова Н.П., Кузьминых И.А.
КГМУ, педиатрический факультет.
Цель: определить общее количество микровезикул в периферической крови и
содержание на них экто-5′-нуклеотидазы до и в динамике после курения у здоровых
добровольцев. Методы исследования: обследовано 52 здоровых человека в возрасте 17-24
года. Для работы сформированы 2 группы: стаж курения более одного года был у 31
обследованного, не курили – 21. Исследовали пробы венозной крови, взятой до курения,
через 30 и 60 минут после выкуривания одной сигареты. В те же сроки измеряли
артериальное давление и подсчитывали частоту пульса. Подсчет микровезикул в плазме
крови осуществляли методом проточной цитометрии. Активность экто-5′-нуклеотидазы
определяли кинетическим методом в сыворотке. Статистическую значимость различий
между средними величинами оценивали по t критерию Стьюдента. Результаты: исходный
уровень микровезикул в плазме крови некурящих доноров составил 269517±73429 ч/мкл,
курящих – 267934±74678 ч/мкл. Через 30 минут после курения количество микровезикул
268300±73719 ч/мкл и 254436±90397 ч/мкл соответственно, а через 60 минут 251295±70820
ч/мкл и 260886±75644 ч/мкл (р>0,05). Активность экто-5′-нуклеотидазы в сыворотке крови
некурящих доноров исходно составила 16,9±6,7mM/min·l, у курящих 14,6±7,8mM/min·l.
Через 30 минут 16,5±6,8 и 16,6±6,2 соответственно, через 60 минут 15,3±5,4 и 15,2±5,8
(p>0,05). Выводы: Исследование АД и ЧСС до курения и в динамике после выкуривания
одной сигареты не выявило достоверных изменений этих параметров у некурящих. В группе
курящих отмечалась выраженная тенденция к учащению сердечных сокращений и снижению
диастолического давления через 30 минут после курения. Исследование уровня
микровезикуляции не выявило достоверных отклонений исследованных параметров ни в
группе некурящих, ни в группе курящих. Однако в группе курящих 39% обследованных (в
группе некурящих 19%) имеют тенденцию к повышению уровня микровезикул, что с учетом
потенциальных прокоагулянтных свойств микровезикул можно рассматривать как риск
развития гиперкоагулемических реакций. Page 43
Оценка фитотоксичности нефтезагрязненной серой лесной почвы
по показателям роста и развития яровой пшеницы (Triticum aestivum L.)
Леонтьева Ирина Валерьевна
КГУ, факультет географии и экологии
Введение
Нефтяное загрязнение сопровождается сильным фитотоксичным действием на
систему «почва-растение». Установлено, что утрата плодородия почвы связана с
непосредственным гербицидным влиянием легких фракций нефти. Нефтяные кислоты и
другие
продукты
биодеградации
углеводородов
усиливают
фитотоксичность
нефтезагрязненных почв, оказывая косвенное воздействие на ткани растений.
Методика
Для вегетационного опыта были подготовлены модельные образцы серой лесной почвы,
искусственно загрязненной следующими дозами сернистой нефти карбоновых отложений
(г/кг): 0,83; 2,12; 4,33; 9,73; 12,02. Фитотоксичность определяли по следующим показателям
роста и развития яровой пшеницы (Triticum aestivum):1) величина фитомассы (по
свежесрезанной массе и по сухому веществу); 2) всхожесть саженцев; 3) длина второго листа
тест-растения; 4) длина корня.
Результаты
Рис.1. График зависимости фитомассы
Рис.2.График зависимости
морфометрических
от уровня загрязнения нефтью
показателей от
уровня загрязнения нефтью
у ровень загрязнения, г/
а, см
лист
корень
При высоком содержании нефти в почве (с 4,33 г/кг) наблюдается полегание
фитотест-растений и пожелтение кончиков первого листа, что свидетельствует о
физиологических нарушениях (нарушение метаболизма, фотосинтеза). Показатель всхожести
пшеницы снижается с увеличением содержания нефти. Это наиболее инертный показатель,
чувствительный только к высоким уровням загрязнения. При низком уровне загрязнения
(0,83 г/кг) наблюдается увеличение фитомассы (рис. 1) до 109% по сравнению с контролем.
Стимулирующий эффект связан с улетучиванием легких фракций, которые в ряду
токсичности являются наиболее губительными для растений, и с увеличением длины корня
растений при низком уровне загрязнения. Мусс – плотный остаток нефти – практически не
оказывает фитотоксичного действия. Но при увеличении дозы загрязнения (с 2,02 г/кг)
происходит достоверное снижение фитопродуктивности. Это обусловлено нарушением
водно-воздушного режима почвы, нарушением ее биологической активности и стимуляцией
жизнедеятельности фитотоксичных штаммов грибов в прикорневой системе. Анализируя
морфометрические показатели (рис. 2), также наблюдается эффект стимуляции роста длины
корня при уровне загрязнения 0,83 г/кг; она составляет 116% от контроля. Но длина второго
листа линейно убывает с ростом дозы загрязнения на 3, 7, 17, 31, 32% от контрольного
варианта. Этот показатель является наиболее информативным, так как проявляет
чувствительность к низким дозам содержания нефти в почве и отражает токсичность
компонентного состава нефти, а не остаточных продуктов ее трансформации.
уровень загрязнения, г/кг
Микробный тест на основе ингибирования роста микробной культуры для оценки
токсичности отходов
Чурсина М.А.
КГУ, факультет географии и экологии
В настоящее время методы тестирования токсичности индивидуальных веществ,
природных объектов и отходов с применением микроорганизмов получают все большее
распространение. Это обусловлено тем, что микроорганизмы вовлечены практически во все
процессы, происходящие в биосфере. Поэтому выявленные негативные эффекты в
отношении
микробных
тест-объектов
позволяют
прогнозировать
нарушения
функционирования природных биоценозов при поступлении в окружающую среду
токсикантов. Исходя из вышесказанного, целью настоящей работы явилось определение
эффекта воздействия ряда отходов на популяции грамм положительных и грамм
отрицательных бактерий.
В качестве тест-организмов использовали бактерии Bacillus pumilus и Pseudomonas
aeruginosa. Для определения эффекта воздействия оценивали изменение роста микробных
культур в присутствии водных экстрактов тестируемых образцов. Определение роста
культур осуществляли в планшетном фотометре iEMS-Reader. Для измерений в кюветы
планшета разливали культуру микроорганизмов с определенным содержанием клеток и
экстракт образца отношениях: 4:1, 3:2, 1:1. Измерение оптической плотности выполнялось
220 раз, через пятиминутные интервалы между измерениями.
В работе были протестированы две группы образов. Первая группа образцов включала
отходы нефтедобывающей промышленности, содержащие сырую нефть и радионуклиды, а
также образцы почвы, обработанные этими отходами. Вторая группа образов включала
отходы о производства биогаза из осадка сточных вод (жидкая и твердая фракции отходов),
а также почвы с внесенными отходами. При сравнении результатов, полученные двумя
тестами мы обнаружили, что те образцы, которые проявили негативный эффект в отношении
теста с псевдомонадой не проявили такого эффекта в тесте с бациллой. Установленный
коэффициент линейной корреляции между двумя массивами данных оказался крайне
низким R=0,21. Это свидетельствует о том, что вещества, присутствующие в водных
экстрактах отходов по разному воздействуют на клетки этих организмов. Кроме того,
установлено, что в большинстве случае (в 12 из 19) бактерии Bacillus pumilus оказались
более восприимчивыми к органическим веществам, содержащимся в отходах, так в этих
тестах обнаружен более высокий стимулирующий эффект. Page 45
Разработка высокоэффективного метода биоконверсии сырья для кормопроизводства
Э.А. Рафаилова, Р.И. Тухбатова, Д.И. Тазетдинова
КГУ, биолого-почвенный факультет
Обеспечение продовольственной безопасности страны и удовлетворение потребности
населения в качественных продуктах питания является и остается актуальным для России.
Ключевым
компонентом
агробизнеса
неизменно
является
эффективное
кормопроизводство, обеспечивающее сбалансированные и высококачественные корма при
минимальных затратах на их производство. Известно, что порядка 90% всех производимых
кормов составляют корма для птицеводства, свиноводства и крупного рогатого скота.
Качество и стоимость животноводческой продукции зависит от качества и стоимости
кормов.
С развитием биотехнологии в кормопроизводстве для улучшения пищевой ценности
корма стали использовать ферменты. Они позволяют изъять из кормов непищевые факторы
(фитаты) и разрушить трудногидролизуемые компоненты зерна (пентозаны, бета-глюканы).
Отличительные особенности найденного нами штамма и его ксиланазного комплекса:
высокая активность синтеза ксиланаз (на 70% выше активности стандартно используемого
штамма), сохранение высокой стабильности (за 5 часов активность полученных ферментных
препаратов уменьшается всего на 40%) с сохранением 60% исходной активности для работы
в кишечном тракте.
Добавление ксиланазы снижает вязкость раствора некрахмалистых полисахаридов в
пищеварительном тракте животных и птиц. Это улучшает перевариваемость корма на 40%
по сравнению со стандартным ферментным препаратом. А также помогает избежать
отрицательных последствий – жидкий и клейкий помет, в котором распространяется
инфекция.
Использование ксиланазы в птицеводстве позволяет повысить живую массу бройлеров
на 5 – 10%, снизить затраты кормов на 1 кг прироста живой массы и 10 яиц (для кур-
несушек) на 4 – 11%. Использование ксиланазы в свиноводстве повышает обменную энергию
корма на 3 – 7% и среднесуточный прирост свиней в период откорма на 7 – 11%. Снижает
затраты кормов на 1 кг прироста массы на 5 – 9%.
Таким образом, использование предлагаемого фермента ксиланазы способствует
снижению себестоимости животноводческой продукции в результате увеличения
эффективности корма (прирост массы животных) и снижения стоимости самого корма за
счет использования более дешевого зернового сырья. Page 46
Влияние отходов производства биогаза на микробные сообщества почв
Зверева П.А.
КГУ, факультет географии и экологии
Почва является важной сферой, обеспечивающей жизнь на Земле. Изменение состояния
земель ведет к ухудшению функционирования почвенной системы и компонентов
окружающей среды связанных с ней. Наряду с задачей предотвращения процесса деградации
почв необходимо грамотно решать проблему восстановления уже нарушенных земель. Для
этих целей в качестве мелиоранта можно использовать органические отходы, в частности,
осадок сточных вод. Предварительно этот отход должен быть переработан, например
методом анаэробного сбраживания. Преимуществом такого метода переработки является
получение биогаза, используемого как альтернативный топливный ресурс.
Целью нашего исследования явилось выяснить, пригодны ли анаэробно сброженные
осадки сточных вод в качестве органических удобрений для восстановления почв.
В работе использовали дерново-подзолистую почву, в которую вносили 4 отхода:
осадки сточных вод, сброженные традиционным способом (1), с добавлением амаранта (2) и
добавлением жома амаранта (3) и жома амаранта и микроорганизмов(4). Для определения
воздействия осадков сточных вод на почву оценивали респираторную, дегидрогеназную и
нитрифицирующую активности почв, общую микробную биомассу, численность бактерий
рода Azotobacter и фитотоксичность.
Установлено, что внесение отходов 1 и 2 вызывало стимуляцию процесса дыхания,
тогда как отходы 3 и 4 ингибировали его уровень по сравнению с чистой почвой. При
определении микробной биомассы было выявлено, что все отходы оказывают
стимулирующий эффект, однако в первых двух случаях он более выражен. Сопоставление
этих анализов показывает, что внесение образцов 1 и 2 создает более благоприятные условия
для существования микроорганизмов. Отходы оказывали незначительный негативный
эффект на бактерии рода Azotobacter, снижая их численность. Ингибирующее воздействие
оказывало внесение отходов на дегидрогеназную и нитрифицирующую активность. При
определении влияния отходов на растения выявлено отсутствие достоверного
положительного эффекта на всхожесть, высоту побегов и общую биомассу овса Avena sativa.
При анализе результатов определения длины корней растений обнаружен сильный
ингибирующий эффект. Скорее всего, в отходах присутствуют вещества, оказывающие
фитотоксический эффект. Таким образом, переработка осадка сточных вод методом
анаэробного сбраживания недостаточна для того, чтобы превратить отход в удобрение.
После получения биогаза, отходы необходимо подвергать дальнейшей обработке, например
компостированию. Page 47
Волновое воздействие на нефтяное сырьё.
Сибгатуллин Р.Р., Дияров И.Н., Фахрутдинов Р.З.
Казанский Государственный Технологический Университет, факультет нефти и нефтехимии
В данной работе исследовано влияние электромагнитного излучения на Зюзеевскую
нефть.
При выполнении данной работы электромагнитной обработке были подвергнуты
образцы высоковязкой Зюзеевской нефти при когерентной и переменной частоте излучения.
После чего были определёны плотности, вязкости, фракционный состав и построены кривые
ИТК. ИТК нефти до и после обработки представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 – ИТК нефти до и после обработки
В результате проведенных экспериментов выяснилось, что обработка нефти приводит к
снижению вязкости и плотность сырья, увеличению выхода светлых фракций (фракции до
450 °С) на 15,31 % масс., главным образом за счёт фракций выкипающих свыше 300 °С.
Вероятно, это произошло вследствие электромагнитного воздействия на сложные
структурные единицы (ССЕ),т.е. произошла реструктуризация сольватной оболочки
нефтяной дисперсной системы, с высвобождением из неё компонентов дизельной фракции.
Таким образом, проведенные исследования показали перспективность применения
волновых методов воздействия на нефть с целью увеличения выхода светлых. Page 48
Гидрогеоэкологические условия площадей активных нефтеразработок и
оптимальный способ защиты водозаборов питьевых подземных вод
(на примере Ромашкинского месторождения Татарстана)
Салихова А.А., Ханафеева А.Р.
КГУ, геологический факультет
Ромашкинское месторождение является одним из крупнейших многопластовых
месторождений платформенного типа Волго-Уральской провинции. Его площадь составляет
около 6000 км2. Разработка месторождения с самых ранних этапов ведется с широким
использованием различных методов заводнения продуктивных горизонтов. Закачка
разнотипных вод привела к существенной трансформации пластовых гидрогеохимических
условий. Так, минерализация вод пашийско-кыновского стратиграфического уровня,
являющегося наиболее нефтепродуктивным в разрезе месторождения, в настоящее время
варьирует от 3-10 до 280 г/дм3 (при первичных значениях 200-300 г/дм3) при сохранении
Cl/Ca-Na состава (составы вод приводятся символьными обозначениями, на последнем месте
как в анионной, так и катионной части указан преобладающий компонент), а основной
уровень минерализации составляет 90-200 г/дм3. Более чем 50 летняя разработка
Ромашкинского месторождения привела к нарушению гидрогеоэкологического равновесия и
в верхней части разреза, за счет загрязнения как поверхностных, так и подземных вод
попутными нефтяными водами. Зона пресных подземных вод здесь приурочена к комплексу
пермских и плиоцен-четвертичных отложений, она имеет мощность до 200 м. С 1970-х годов
проявляется площадное изменение состава этих вод с HCO3 и SO4-HCO3 типов на Cl-HCO3 и
Сl типы. При этом минерализация участками увеличилась до 7-10 г/дм3, а общая жесткость
до 40-70 ммоль/дм3. Данное изменение гидрогеохимических условий обусловило почти
катастрофическое положение с качественным питьевым водоснабжением многих
населенных пунктов. Для защиты еще функционирующих подземных водозаборов
необходима откачка загрязненных вод, и их использование в системах поддержки пластового
давления. Основным отрицательным следствием этого может явиться солеотложение в
нефтяных горизонтах и нефтепромысловом оборудовании. Авторами проведен расчет
устойчивости в отношении вероятного отложения CaCO3 и CaSO4 следующих типов вод –
нефтяных (358 проб), зоны активного водообмена (15 проб) и их смесей в пропорции 1:1 (465
проб). Выявлено, что загрязненные воды верхней части разреза можно использовать для
закачки в пашийско-кыновский гидростратиграфический уровень, при этом степень
минерализации нефтяных вод должна составлять 100-200 г/дм3. Page 49
Влияние отходов нефтедобывающего производства на микробные сообщества и
фитотоксичность почв
Гумерова Р.Х.
КГУ, факультет географии и экологии
При добыче и транспортировке нефти в окружающую среду попадают элементы
естественных радиоактивных семейств урана-238 и тория-232, а также калий-40. Одними из
источников радиоактивного загрязнения окружающей среды при добыче нефти являются
отложения содержащихся в ней природных радионуклидов на внутренних поверхностях
насосно-компрессорных труб (НКТ), резервуаров и другого оборудования. В настоящее
время при очистке оборудования образующиеся отходы складируются на почве. Однако,
принимая во внимание наличие радионуклидов в этих отходах, важно знать, какой эффект
они оказывают на почвенные экосистемы. В связи с этим целью исследования явилась
оценка влияния радиоактивных отходов нефтедобывающего производства на почвенные
организмы
Объектами исследования являются 2 образца отходов (М и С), отобранные в разных
резервуарах товарного парка. В отходах был определен уровень радиоактивности и
установлено, что отход М обладал в 2 раза более высоким уровнем активности тория и радия
по сравнению с отходом С. Также было определено содержание нефти (после экстракции
СCl4 на приборе АН-1) которое составило 5,9% в отходе С и 3,5% в отходе М. Отходы
вносили в почвы двух типов, различающихся по содержанию органического вещества, в
соотношении 1:2 , почвы засевали семенами овса (Avena sativa). Установили, что в почвах,
загрязненных отходами, в 1,5-2,5 раз уменьшается длина корней, в 1,3-1,5 раза высота и
существенно не изменяется биомасса растений в сравнении с контрольными вариантами
опытов, причем ингибирование при внесении отхода С было выше, чем отхода М.
Стимулирующий эффект отходов отмечен на всхожесть семян. При исследовании влияния
отходов на микробные сообщества были определены респираторная и нитрифицирующая
активности, общая микробная биомасса и численность бактерий рода Azotobacter.
Установлено, что внесение отхода С большей интенсивностью ингибирует численность
азотфиксирующих микроорганизмов. Оба отхода практически до нуля снизили
нитрифицирующую активность. Оба отхода оказывали стимулирующий эффект на оба
параметра в случае обеих почв, однако кратность превышения уровня контрольного варианта
при внесении отхода М оказалась в 1,3 раза выше. Таким образом, можно заключить, что
внесение отходов нефтедобывающего комплекса приводит к нарушению функционирования
почвенных экосистем и требует постоянного контроля. Page 50
Абсорбенты для очистки углеводородных газов от сероводорода и углекислого газа.
Зайнуллов Ф.Р., Фахрутдинов Р.З., Гарифуллин Р.Г.
Казанский Государственный Технологический Университет, факультет нефти и нефтехимии
Газ, содержащий сероводород, недопустимо применять для дальнейшей переработки
из-за ряда причин: сероводород в присутствии влаги вызывает коррозию оборудования,
образует в металлической аппаратуре пирофорные соединения сернистого железа, которые
могут самовозгораться и вызвать пожары; сероводород и продукты его превращений
вызывают
отравление
живых
организмов;
в
нефтихимических
процессах
сероводородсодержащие газы вызывают отравление контактной массы.
Процессы очистки газов приобретают большую актуальность в связи с постановлением
правительства РФ об утилизации попутных нефтяных газов не менее 95 процентов, в то
время как эффективное использование этого сырья в отдельных регионах не превышает 70
процентов. Наиболее распространёнными способами очистки углеводородных газов от
кислых компонентов являются алканоламиновые методы, основанные на химическом
взаимодействии абсорбентов с кислыми газами. Однако имеющийся ассортимент
алканоламиновых реагентов обладает рядом серьёзных недостатков: абсорбенты и продукты
взаимодействия их с примесями, содержащимися в сыром газе, нередко обладают
повышенной коррозионной активностью; многие алканоламины обладают низкой
термической стабильностью; существуют большие потери реагентов из-за их высокой
летучести (до 15 т на 300 млн м3 газа). В настоящее время наиболее распространенными
становятся процессы с применением метилдиэтаноламина (МДЭА), который обладает
меньшей коррозионной активностью по сравнению с моноэтаноламином (МЭА).
Предлагаемые новые абсорбенты также относятся к классу алканоламинов, однако они
отличаются от известных большей поглотительной способностью и термической
стабильностью. Основные результаты экспериментов представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Основные результаты экспериментов
Поглотительная
способность
Термическая стабильность
При 165°С
Оптическая плотность
При 140°С
Оптическая плотность
реагент
H2S,
мл/мл
CO2,
мл/мл
До
нагрева
После
нагрева
До
нагрева
После
нагрева
МЭА
МДЭА
Разработка синтезатора частот для магнитно-резонансного томографа
Габидуллин Д.Д.
Казанский Государственный Университет, физический факультет
Магнитно-резонансная томография (МРТ) одна из наиболее быстро развивающихся
направлений медицинской физики. Обладая высокой диагностической эффективностью, она
дает возможность получать уникальную диагностическую информацию, которую не могут
предоставить другие методы визуализации, что обеспечивает этому методу все более
широкое распространение.
Метод МРТ продолжает интенсивно развиваться. Ежегодно усовершенствуются как
технические средства, так и программное обеспечение магнитно-резонансных томографов.
В Казанском физико-техническом институте ведутся работы по разработке магнитно-
резонансных томографов и их усовершенствованию. Уже несколько МР-томографов
установлены и успешно эксплуатируются в больницах республики Татарстан.
Важнейшим блоком МР-томографа является радиоспектрометр, отвечающий за
генерацию РЧ-импульсов, нужной формы и частоты, необходимых для томографического
эксперимента, и за последующее детектирование ЯМР сигнала полученного от исследуемого
образца. Таким образом, трудно переоценить значимость синтезатора частот, как
важнейшего блока МР-томографа. К синтезатору частот, входящему в состав
радиоспектрометра, предъявляются такие требования как
- чистота спектра выходного сигнала (уровень побочных компонентов и уровень
шума)
- широкий диапазон перестройки (полоса частот выходного сигнала)
- быстрая скорость перестройки
- высокое частотное разрешение
- большое количество разных генерируемых частот
- гибкость (возможность осуществления различных видов модуляции)
- совместимость с интерфейсом томографа
Блок схема синтезатора представлена на рис.1
рис.1
Разрабатываемый в лаборатории ММФ КФТИ синтезатор частот работает на
микросхеме фирмы Analog Devices работающего по принципу прямого цифрового синтеза
(DDS). Эта микросхема тактируется кварцевым генератором. Управление платы
осуществляется посредством программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС),
который обеспечивает интерфейс между спектрометром и синтезатором.
Выходной каскад сделан в виде фильтра низких частот (ФНЧ) и компаратора.
Так как устройство высокочастотное, разработка печатной платы должна проходить
при соблюдений особых правил проектирования и разводки дорожек. С этой задачей
успешно справляются специализированные системы автоматического проектирования.
Полученное устройство будет встраиваться и эксплуатироваться в МР-томографе
«ТМР-0.06-КФТИ». Работа сделана в рамках дипломной работы. Page 52
Устройство для МР томографа, позволяющее получать изображения наклонных слоев.
Гафиятуллин Н.М.
Казанский государственный университет, физический факультет
Магнитно-резонансная томография за последние 10 лет стала одним из ведущих
методов неинвазивной диагностики. Миллионы пациентов прошли обследования на этих
приборах и, в большинстве случаев, врачами были получены уникальные диагностические
данные для установления точного диагноза. Метод МРТ продолжает интенсивно
развиваться. Результаты получаемые на современных приборах значительно превосходят по
качеству, то, что можно было получить раньше.
Ежегодно обновляются и усовершенствуются как аппаратные средства, так и
математическое обеспечение магнитно-резонансных томографов. Усовершенствуются
методики получения и обработки изображения. В КФТИ активно ведется развитие данного
направления и уже достигнуты определенные успехи- создано несколько томографов для
больниц Республики Татарстан.
Почти все методы МРТ для получения изображений находящиеся ныне в
употреблении используют построение по слоям. То есть МРТ эксперимент сосредоточен в
выбранном срезе объекта. Для врача, диагностирующего пациента, необходимо видеть
полную картину состояния той или иной патологии больного. Таким образом, для
повышения уровня диагностики необходимо выделять срезы под произвольным углом.
Для получения изображения используются градиентные магнитные поля, которые
включаются вдоль трех главных осей (X, Y, Z). Один из них используется для выделения
срезов, перпендикулярных направлению приложенного градиента.
Так как катушки, которые создают эти поля, находятся в неподвижном состоянии, то
для того чтобы выделить произвольный слой надо включать градиенты которые нарастают
сразу вдоль двух главных осей, потому что результирующий градиент будет определён как
суперпозиция этих градиентов. То есть надо осуществить переход к новой системе
координат, которая повернута относительно начальной на требуемый угол.
Поворот осей вокруг начальной точки на угол ϕ описывается формулами
(выделяемая плоскость параллельна оси z, поворот осуществляется в плоскости XY ):
x’ = x cosϕ − y sinϕ,
y’ = x sinϕ + y cosϕ,
z’=z.
Для работы в составе МР- томографа было рассчитано и сконструировано устройство,
решающее поставленную выше задачу.
Данный проект выполнен в рамках дипломной работы. Page 53
Статистическая диагностика творческих способностей
по спектрам ЭЭГ головного мозга человека.
Вараксина Н.Ю.
ТГГПУ, физический факультет
Изучение живых систем относится к наиболее актуальной проблеме разнообразных
междисциплинарных исследований в области естественных наук, таких как физика живых
систем, медицина, биология. При этом интересным оказывается анализ, диагностика и
прогнозирование состояний человека в различных динамических состояниях.
В данной работе выполнено исследование эффектов статистической памяти в сигналах
ЭЭГ для двух групп людей (музыкантов и немузыкантов) при различных условиях
проведения эксперимента с целью выявления “специфических” электродов.
Биоэлектрическая активность головного мозга человека регистрировалась при восьми тестах:
1) в состоянии отдыха с закрытыми глазами; 2) в состоянии отдыха с открытыми глазами; 3-
6) при прослушивании четырех видов музыки; 7) в момент умственного воображения; 8) при
прослушивании рассказа с закрытыми глазами.
При помощи информационных технологий диагностики состояний человека,
основанных на кинетической теории дискретных немарковских случайных процессов, были
найдены способы вычислений дискретных функций памяти из экспериментальных
временных рядов. На основе предложенного формализма функций памяти выявлено
существенное различие в динамике сигналов музыкантов и немузыкантов при
прослушивании различных видов музыки и других условиях проведения эксперимента. Это
связано с тем, что действие определенного стимула (зрительного, слухового и т.д.) вызывает
в электрической активности мозга человека разряды определенной группы нейронов,
возникающие в ответ на специфический внешний стимул. У представителей с разными
когнитивными возможностями поведение этих откликов обнаруживает своеобразный
характер.
Полученные результаты свидетельствуют об информационной значимости
статистических мер и параметров, обладающих высокой диагностической ценностью.
Данная работа представляет собой лишь первый шаг в понимании физических
механизмов, лежащих в основе творческих способностей человека. Очевидно, что
исследование когнитивных возможностей человека требует привлечения специалистов
самых разных областей естественных наук. Page 54
Перспективы применения спектроскопии ядерного магнитного резонанса в определении
влагосодержания трансформаторного масла.
Кутузов Д.А.
КГЭУ, институт электроэнергетики и электроники
В энергосистемах эксплуатируется большое количество дорогостоящего силового
маслонаполненного оборудования, в том числе и маслонаполненных трансформаторов.
Поскольку высоковольтное оборудование большой мощности является важным
оборудованием, аварии которого могут приводить к крупным пожарам, дорогостоящим
ремонтам и экономическим потерям, то диагностика этого оборудования и как можно более
раннего выявления отклонения от нормального состояния актуальна.
Образование воды в результате окисления углеводородов масла, ускоряемое в
присутствии электрического поля, является одной из причин увлажнения масла при
эксплуатации трансформаторов. Наличие воды свидетельствует либо о потере герметичности
(в том числе во вводах, в системе охлаждения и т. д.), либо о чрезвычайно сильном старении
масла.
Влага может находиться в масле в трёх состояниях: в растворённом виде, в виде
эмульсии (дисперсная системой с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной
фазой) и в виде отстоя на дне резервуара. Во множестве научных работ было показано, что
пробивное напряжение масла определяется не общим содержанием воды, а концентрацией ее
в эмульсионном состоянии. Известно большое число методов определения количества воды
в органических жидкостях, из которых наиболее приемлемыми для изоляционных масел
являются: стандартизованный в СССР (ГОСТ 7822-75) гидридкальциевый метод в котором
по количеству выделившегося газообразного водорода рассчитывают содержание влаги;
метод Фишера. Реактив Фишера представляет собой раствор йода, двуокиси серы и
пиридина в метаноле.
Предлагаю применить спектроскопию на основе ядерного магнитного резонанса в
диагностировании влагосодержания трансформаторного масла. Метод ЯМР основан на
взаимодействии внешнего магнитного поля с ядрами, имеющими магнитный момент, т.е. для
ядер с ненулевым спином. К ним относятся 1Н, 13С, 15N, 35P и другие. Спектроскопия ЯМР
позволит с уникальной точностью определить наличие H2O в трансформаторном масле
независимо от ее состояния. Ключом к количественному анализу влаги служит
предоставляемая методом ЯМР возможность вести количественный учет (подсчет)
резонирующих ядер. Что позволит приблизиться к чувствительности определения
влагосодержания трансформаторного масла при концентрациях от 0 до 100%. Page 55
Учет влияния эффектов сольватации на химические сдвиги 31P
фосфорсодержащей молекулы
Байсупова Э.Р.
Казанский государственный университет, физический факультет
Спектроскопия ЯМР высокого разрешения является перспективным методом изучения
строения супрамолекулярных систем. В связи с этим актуальны исследования параметров
спектров ЯМР в нековалентно связанных молекулярных структурах. В данной работе
проведен учет влияния среды на геометрию и химические сдвиги растворенной молекулы в
рамках модели супермолекулы с применением метода молекулярной механики с
параметризацией ММ2, которая была дополнена континуальной моделью в приближении
метода самосогласованного реакционного поля (SCRF, PCM).
В рамках метода молекулярной механики с оптимизацией всех геометрических
параметров нами проведены расчеты пространственной структуры молекулярных кластеров
молекул бетаина P(CH3)3-CS2 и триметилфосфина P(CH3)3 в окружении разного числа
молекул растворителя (1-8). Проведенный нами анализ результатов вычислений позволил
установить, что молекулы растворителя ориентируются вокруг растворенной молекулы на
расстояниях, обусловленных слабыми ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями.
Нами были выполнены расчеты констант магнитного экранирования ядер 31P и
относительных химических сдвигов с использованием найденной нами геометрии
молекулярных кластеров триметилфосфина и бетаина с молекулами растворителей.
Расчеты показывают, что влияние двух молекул ацетона сдвигает сигнал ядер 31Р в
сторону сильных полей на 5.8 м.д. Однако дополнительный учет влияния ацетона в рамках
континуальной модели с учетом оптимизации геометрии дает абсолютное значение
константы магнитного экранирования ядер 31Р σ, равное 400.69 м.д. Теоретические оценки
влияния ацетона на магнитное экранирование ядра 31Р показывают, что химический сдвиг
ядер 31Р в растворе ацетона составляет 26.27 м.д. Экспериментальное значение химического
сдвига фосфина в ацетоне по сравнению с фосфином без растворителя, составляет 32.56 м.д.
Увеличение числа молекул растворителя позволяет приблизить рассчитанные
относительные химические сдвиги ядра 31Р к экспериментальным данным. Дополнительный
учет влияния растворителя на структуру кластеров в рамках континуальной модели
позволяет улучшить согласие с экспериментальными данными. Page 56
Методика определения микронеровностей (шероховатости) медицинских игл с узи-
визуализацией
Алыкин К.А., Кашапов Р.Н.
КГТУ, ИТЛПМД
В последние годы электрофизикохимическая обработка (ЭФХО) металлов широко
применяется в медицинской промышленности, в частности, для обработки поверхности
медицинских игл (МИ). ЭФХО основана на придании требуемой шероховатости
поверхности МИ (Rz ≈ 40 – 50 микрон), что способствует лучшей контрастности
изображения иглы при наблюдении ее движения в теле человека с помощью аппарата УЗИ
[1]. Для определения оптимального режима обработки необходимо исследовать
модифицированный микропрофиль игл. Для этого было проведено усовершенствование
оптического микроскопа, позволяющее получать изображения непрозрачных объектов в
падающем свете с возможностью проведения микрофотосъёмки исследуемых поверхностей.
В качестве объективных параметров оценки изменений структуры измеряются высоты
профиля поверхности иглы с помощью прикладной программы автоматизированного
измерения линейных размеров на цифровых графических изображениях PXMeter v.1.0 для
ПК. По каждому изображению получают выборки значений высот микропрофиля,
содержащие по 20 – 40 элементов. В качестве оценочной величины вычисляется значение
высоты неровностей профиля по десяти точкам Rz (выбрана из соображения прямой
зависимости данной величины от размера микронеровностей) на базовой длине 2 мм,
определяемой максимальным полем обзора микроскопа [2].
Максимальная разрешающая способность и минимальная погрешность при съёмке с
увеличением 56Х и цифровой камерой с 4Mpx матрицей данной методики измерения ≈1,8
мкм.
Основными достоинствами данного метода измерения шероховатости является
возможность исследования практически любых поверхностей, а также визуальная оценка
шероховатостей и получения информации о их форме и линейных размерах, взаимном
расположении.
В ходе работы измерены шероховатости МИ после различных режимов обработки,
выявлены зависимости параметров шероховатости от режима обработки.
Работа выполнялась при финансовой поддержке инновационного проекта «СТАРТ I»,
№5021р/7400, 2007
[1] Кашапов Р.Н. «Плазменно-электролитная обработка медицинских игл. Материалы
конференции “Индустрия наносистем и материалы”».– Москва: МИЭТ, 2005.– 82 – 86 с.
[2] ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики»
[3] Кирьянов Д.В. «Самоучитель MathCAD 13».– СПб: «БХВ-Петербург», 2006.– 528 с. Page 57
Синтез и кристаллическая структура ацетилгидразидных производных тиакаликс[4]арена.
1 Иванова Н.Ю., 2Сайфина А.Ф., 2Судакова С.Н., 2Губайдуллин А.Т.,
2Сякаев В.В., 2Подъячев С.Н., 2Коновалов А.И.
1КГТУ, факультет нефти и нефтехимии; 2ИОФХ им. А.Е. Арбузова Казанского НЦ РАН
Гидразиды карбоновых кислот проявляют комплексообразующие и биоактивные
свойства и интенсивно изучаются как лиганды в синтезе координационных соединений
переходных металлов. Тиакаликс[4]арены, новые представители известного класса
каликс[4]аренов, являются удобной матрицей для создания пространственно-
организованных структур, включающих гидразидные функциональные группы.
Ранее нами были исследованы гидразиды 4-трет-бутил-тетратиакаликс[4]арена. С
целью изучения влияния роли трет-бутильной группы на структуру и свойства гидразидных
производных тиакаликс[4]аренов нами были получены их аналоги, не содержащие трет-
бутильных групп. Для этого взаимодействием этилбромацетата с тиакаликс[4]ареном
получены его эфирные производные, в конформациях «конус» и «1,3-альтернат», которые
последующей обработкой избытком гидразин-гидрата переведены в ацетилгидразидные
производные.
Проведенное РСА и ЯМР исследованияполученных ацетилгидразидных производных
тиакаликс[4]арена, показало, что отсутствие
заместителей по верхнему ободу каликсареновой
матрицы приводит к большей ее подвижности по
сравнению
4-трет-бутилтетра-
тиакаликс[4]ареном.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 07-03-00325a). Page 58
Экстракционные свойства ацетилгидразоновых производных каликс[4]резорцина
1Бурмакина Н.Е., 2Подъячев С.Н., 2Судакова С.Н., 2Коновалов А.И.
1КГТУ, факультет нефти и нефтехимии; 2ИОФХ им. А.Е. Арбузова Казанского НЦ РАН
Функционализация ацетилгидразонными фрагментами каликс[4]резорцинов
представляет значительный интерес из-за разнообразия донорных свойств этих группировок
и их способности менять дентатность в зависимости от условий проведения конкретной
реакции. Для исследования связывающих свойств каликс[4]аренов по отношению к
различным ионам металлов и установления роли эффекта предорганизации
каликс[4]ареновой платформы были проведены эксперименты по жидкостной экстракции
для соединений 1-6 с щелочными, щелочно-земельными и переходными металлами.
Каликс[4]резорцины 3-6 эффективно экстрагируют ионы переходных металлов и
селективно ионы тяжелых токсичных металлов по отношению к ионам щелочных, щелочно-
земельных металлов. Особая избирательность исследованных соединений наблюдалась по
отношению к иону ртути. Закрепление гидразоновых фрагментов на каликс[4]резорциновой
платформе по сравнению с их мономерными аналогами приводит к существенному росту
эффективности экстракции особенно для ионов тяжелых металлов. Установлены
стехиометрия и константы экстракции образующихся комплексов. Несмотря на столь
высокую координационную емкость синтезированных каликс[4]резорцинов они образуют в
исследованных условиях комплексы состава 1:1.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 07-03-00325a). Page 59
Экстракция скандия(III) аминофосфорильными соединениями из солянокислых сред
Леонтьева С.В., Галяутдинова И.Н., Мятиш Е.Ю., Талан А.С., Тарасов А.В., Давлетшин Р.Р.,
КГУ, Химический институт им.А.М.Бутлерова
Скандий является одним из рассеянных элементов, в технологии извлечения
которого применяются экстракционные методы. В связи с этим актуальной задачей поиск
новых высокоэффективных экстрагентов для этого элемента. В настоящее время в
гидрометаллургии Sc используются нейтральные фосфорорганические соединения и
высшие алифатические амины.
Целью настоящей работы является изучение экстракционных свойств
аминофорильных соединений (АФ), молекулы которых содержат и амино-, и
фосфорильную группы. Эти соединения были синтезированы в нашей лаборатории и
соответствуют основным требованиям, предъявляемых к промышленным экстрагентам.
Поскольку в гидрометаллургии используют солянокислые растворы, то нами было
изучено влияние HCl на степень извлечения Sc между водной и АФ в толуоле и
хлороформе.
Экстракцию проводили при соотношении объемов фаз 1:1 (по 4мл) в стеклянных
пробирках; перемешивание осуществляли механически; время контакта фаз равнялось 30
мин. Концентрацию Sc в водной фазе определяли фотометрически (образование
окрашенного комплекса с ксиленоловым оранжевым), в органической –
рентгенофлуоресцентной спектроскопией. Количество экстрагированной соляной кислоты
определяли потенциометрическим титрованием 0,03М КОН. Полученные результаты
свидетельствуют о том, что при извлечении Sc АФ соединения превосходят по
экстракционным свойствам нейтральные фосфороганические соединения и высши
*-наблюдается образование третьей фазы Page 60
Синтез и кристаллическая структура 4-трет–бутилфеноксиметил-1,3- дикетона
Абдуллин М.Т., *Сайфина А.Ф., Галиев А.К.,
*Губайдуллин А.Т., *Подъячев С.Н., *Коновалов А.И.
КГТУ, факультет нефти и нефтехимии; *ИОФХ им. А.Е. Арбузова Казанского НЦ РАН
Одним из наиболее перспективных соединений для создания электролюминесцентных
устройств являются комплексы лантанидов с органическими лигандами. Их неоспоримым
преимуществом по сравнению с другими классами веществ является монохроматичность
излучения. К настоящему времени среди производных редкоземельных металлов одни из
наилучших показателей были обнаружены у β-дикетонатных комплексов. Для дальнейшего
поиска высокоэффективных люминесцентных материалов можно предложить подход к
модификации свойств этих соединений, основанный на синтезе политопных лигандов с
трехмерной архитектурой.
С целью получения подобного типа соединений на каликс[4]ареновой
матрице нами был предпринят поиск альтернативных конденсации
Кляйзена
путей
синтеза
модельного
4-трет-бутилфенола,
функционализированного 1,3-дикетоновым фрагментом. Установлено, что
наиболее эффективным способом является синтез β-аминовинилкетона I по
способу A или B и его последующий гидролиз, приводящий к 1,3-
дикетону II.
Структура соединения II была установлена с помощью 1Н, 13С ЯМР и РСА. В
кристаллическом состоянии и в растворе синтезированный 1,3-дикетон II находится в
енольной форме. В кристалле трет-бутилфеноксиметильный и бензоилацетонильный
фрагменты находятся в практически перпендикулярных плоскостях.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 07-03-00325a). Page 61
Синтез γ-аминофосфорильных соединений.
Тарасов А.В., Миннуллина Л.И., Никитина В.С.
КГУ, Химический институт им.А.М.Бутлерова
Несколько последних десятилетий проявляется неослабевающий интерес к синтезу и
изучению свойств аминофосфонатов. Эти соединения рассматриваются как потенциальные
лекарственные средства. Биологическая активность аминофосфонатов обусловлена их
структурным подобием с природными аминокислотами и биологически активными
соединениями.
Аминофосфонаты
проявляют
бактерицидное,
антибиотическое,
канцеростатическое, цитостатическое действия, изучены как ингибиторы различных
ферментов.
Основные направления исследований γ-замещенных фосфонатов, фосфиноксидов,
фосфоновых кислот – синтез структурных аналогов глутаминовой кислоты, карнитина, γ-
бутил аминокислоты.
γ-аминофосфонаты структурно подобны глутатиону и глутаминовой кислоте, в результате
чего они могут выступать в организме их антагонистами. В связи с этим ведутся работы по
применению их в качестве препаратов для лечения таких заболеваний как болезнь
Альцгеймера, Паркинсона, эпилепсия, шизофрения.
γ-бутил аминокислота – это важнейший ингибиторный нейротрансмитер в центральной
нервной системе. В последние десятилетия ведутся интенсивные поиски лекарственных
средств – его антагонистов и агонистов. Благодаря структурному подобию фосфонатной,
фосфинатной групп карбоксильной, γ-аминофосфонаты являются перспективными в
качестве рецепторов γ-бутил аминокислоты.
Область применения аминофосфорильных соединений не ограничивается проявлением
биологической активности. Аминофосфорильные соединения могут выступать в роли
комплексообразователей с металлами, что находит применение для создания
ионселективных электродов и экстрагентов. Разработаны рецепторы для определения
аминокислот на основе фосфорильных соединений.
В результате проведенной работы был впервые синтезирован и охарактеризован ряд γ-
аминофосфорильных соединений. Предложенный путь синтеза открывает дорогу к
различным γ-аминофосфонатам. Синтез был основан на реакции Михаэлиса Беккера, в
качестве реагентов были взяты фосфиты и 1-бром 3-хлор пропан, благодаря различию в
реакционной способности атомов брома и хлора в галоидпроизводной, нам удалось
осуществить монозамещение только по атому брома. Для получения аминофосфонатов, мы
алкилировали амин γ-хлорпропилфосфонатом.
Для некоторых из синтезиованных соединений были определены pKa, исследованы
мембрано-транспортные свойства. В сравнении с ранее синтезированными α и β
аминофосфорильными соединениями, γ-аминофосфонаты проявили большую активность в
процессе мембранного транспорта.
Для γ-аминофосфорильных соединений возможно произвести функционализацию в γ
положение по отношению к фосфорильной группе, благодаря чему может быть достигнуто
селективное связывание и транспорт целевых веществ в условиях мембранного транспорта, а
так же селективная экстракция металлов. Это будет целью наших дальнейших работ. Page 62
О взаимодействии олигоэфирэпоксидов с ортофосфорной кислотой
Сидорова Е.Н.,Светлаков Н.В.
Казанский государственный технологический университет
Факультет нанотехнологий и наноматериалов
Известна реакция оксидов этилена и пропилена с ортофосфорной кислотой, протекающая с
расщеплением оксидного цикла с образованием моноэфира ортофосфорной кислоты:
R CH CH2 + H3PO4
R CH (OH) CH2 O P (O) (OH)2
O
Отмечается, что параллельно указанной протекает реакция полимеризации α-оксида по
схеме:
R CH (OH) CH2 O P (O) (OH)2 + R CH CH2
R CH CH2 O P (O) (OH)2
O
O (CH2 CH R O)n ∼
С целью получения эфиров ортофосфорной кислоты, пригодных для использования в
качестве компонентов лакокрасочных композиций, поверхностно-активных веществ,
пластификаторов и др. мы исследовали реакцию ортофосфорной кислоты с
олигоэфирэпоксидами-монофункциональными
лапроксидами
201Б
и
301Г,
двухфункциональным лапроксидом 702 и трехфункциональным лапроксидом 603,
выпускаемыми фирмой «Макормер». Реакция протекает с выделением тепла и проводилась
при температуре не выше 10°C.
При реакции с избытком трехфункционального лапроксида 603 образуется бесцветный
каучукообразный полимер с выходом 90%, что свидетельствует о протекании реакции
полимеризации с участием α-оксидных циклов наряду с реакцией присоединения H3PO4 к α-
оксиду.
Реакция двухфункционального лапроксида 702 с H3PO4
также сопровождается
образованием полимера с невысоким выходом. В реакциях ортофосфорной кислоты с
монофункциональными лапроксидами 201Б и 301Г образования полимеров не наблюдалось.
Низкомолекулярные продукты реакции H3PO4
с лапроксидами растворяются в
полярных растворителях и плохо растворимы в неполярных.
Методом потенциометрического титрования показано, что в реакции α-оксида с
отофосфорной кислотой участвует лишь одна гидроксильная группа кислоты. Page 63
Получение эпроксиуретановых покрытий с использованием
N – метилолуретанов.
Карташева К.А.
Казанский государственный технологический университет
Факультет наноматериалов и нанотехнологий
Эпоксиуретановые покрытия (Пк), сочетающие в себе положенительные свойства
эпоксидных и полиуретановых Пк, представляют большой практический интерес. Обычно их
получают отверждением эпоксидных олигомеров (ЭО) диизоцианатами. Однако последние
являются высокотоксичными и неустойчивыми к действию влаги воздуха соединениями.
Поэтому разработка неизоцианатных способов введения уретановых групп в структуру Пк
является актуальной.
Нами разработан неизоцианатный способ получения эпоксиуретановых Пк,
заключающийся в отверждении ЭО N – метилолуретанами (МУ) общей формулы
ROC(O0NHCH2OH. МУ получали по неизоцианатной технологии из доступных исходных
веществ в две стадии: вначале нагреванием смеси карбамида со спиртами по известной
реакции синтезировали незамещенные при атоме азота уретаны, а затем обрабатывали их
формалином или параформом.
Использовали промышленные образцы ЭО марок Э-49 и Э-05К, а также N –
метилолаллилуретан и N – метилолбензилуретан. Изучены основные закономерности
процесса отверждения смесей ЭО и МУ. Найдены оптимальные режимы, позволяющие
формировать эпоксиуретановые Пк сетчатой структуры с высокими физико –
механическими показателями ( относительная твердость 0,8-0,9, устойчивость при ударе
50см, устойчивость при изгибе 1 мм) и хорошей устойчивостью в агрессивных средах ( вода,
3% – ый раствор хлорида натрия, 10% – ый раствор серной кислоты).
Предложенное химическое строение полученных Пк подтверждено ИК –
спектроскопией. С использованием известных сведений о реакционной способности
соединений, содержащих
N – метилольные группы, сделано предположение о ре6акциях, протекающих при
взаимодействии ЭОи МУ с образованием сетчатых структур. Page 64
Продукты взаимодействия 3-хлорфенилизоционата с N-замещенными лактамами
Каримова Г.Р., асп. Зарипова А.Р.,
к.х.н., доц. Спиридонова Р.Р., проф. Галибеев С.С.
Казанский Государственный технологический университет
Институт полимеров
Целью настоящей работы являлось изучение
характера
взаимодействия N-замещенных лактамов с 3-хлорфенилизоцианатом (в
эквимольном соотношении) в среде толуола в присутствии 0,05 моль/л триэтиламина при
70 ºС в течение 70 часов. N-замещенными лактамами служили N-метилпирролидон,
октилпирролидон, циклогексилпирролидон.
В процессе синтеза происходило увеличение вязкости реакционной среды и выделение
твердой фазы, причем при увеличении размера радикала у атома азота соответствующего
лактама, выход твердой фазы значительно уменьшался. В случае использования
циклогексилпирролидона образование твердой фазы не наблюдалось. Экстракцией жидкой
фазы были получены каучукоподобные вещества янтарного цвета, а из твердой фазы –
кристаллические порошки белого и желтого цвета.
Структура полученных соединений была изучена методами ЯМР1Н и ИК-
спектроскопией. Химическая структура твердой и жидкой фаз оказалась различна. При
взаимодействии N-метилпирролидона, октилпирролидона с моноизоцианатом, в случае
образования жидкой фазы в реакционной среде, образуются сополимерные продукты.
Продукты твердой фазы, представляют собой соединения включения. Кроме того, был
обнаружен интересный факт: структуру, характерную для соединения включения, имеет
жидкая фаза продукта на основе циклогексилпирролидона.
Образцы твердой и жидкой фаз продуктов взаимодействия 3-
хлорфенилизоцианата с N-метилпирролидоном, октилпирролидоном были исследованы
методом рентгенографического анализа. На дифрактограмме твердой фазы
обнаруживается отсутствие аморфного гало, что говорит о высокой степени
кристалличности синтезированных соединений. Рентгеновские рефлексы высокой
интенсивности свидетельствуют об упорядоченности структуры, что дает возможность
предполагать образование молекулярного комплекса. На дифрактограмме продуктов,
выделенных экстракцией жидкой фазы, наоборот, прослеживается четко выраженное
аморфное гало и слабо разрешенные рефлексы, что подтверждает их полимерную природу. Page 65
Комплексообразование хитозана с додецилсульфатом натрия.
Тухватуллина Р.З., Шилова С.В.
КГТУ, факультет технологии и переработки каучуков и эластомеров
Полимер–коллоидные комплексы образуются в результате кооперативного
взаимодействия природных и синтетических полиэлектролитов с противоположно
заряженными ионами мицеллообразующих поверхностно-активных веществ.
Изучение комплексообразования в системе полиэлектролит–ПАВ имеет
фундаментальное значение для развития представлений о самоорганизации макромолекул
синтетических и биологических полимеров. Обширные возможности для направленного
изменения свойств синтезируемых комплексов полиэлектролит–ПАВ служат базой при
создании на их основе новых функциональных материалов: флокулянтов, сорбентов,
ионообменных смол, стабилизаторов, компонентов для очистки сточных вод.
Основной объем работ в данной области направлен на изучение
комплексообразования синтетических полиэлектролитов и ПАВ. Вместе с тем особый
интерес для практического применения представляют комплексы на основе
полиэлектролитов природного происхождения, в частности производного хитина – хитозана.
Хитозан имеет широкие возможности для применения в косметической, пищевой
промышленностях, сельском хозяйстве и медицине.
В настоящей работе комплексом физико-химических методов изучены
конформационное и ионизационное состояние хитозана в водных растворах и
закономерности образования комплексов на его основе и ПАВ анионного типа –
додецилсульфата натрия. В работе использовали образец хитозана производства ЗАО
«Биопрогресс» с молекулярной массой М=38700 кДа и степенью деацетилирования 79,7%.
На основании вискозиметрических и кондуктометрических исследований получены
изотермы вязкости и удельной электропроводимости водных растворов хитозана.
Обнаружено, что с разбавлением раствора происходит увеличение чисел вязкости –
наблюдается эффект полиэлектролитного набухания, а с увеличением концентрации
хитозана отмечается рост удельной электропроводимости. Методом потенциометрии с
применением ион-селективных электродов получены изотермы связывания ПАВ хитозаном,
рассчитаны параметры связывания и константы диссоциации комплекса хитозан–
додецилсульфат натрия в водной среде. Определены условия фазового разделения в системе
и показано, что при определенных соотношениях концентраций компонентов в растворе
могут образоваться как водорастворимые, так и нерастворимые в воде комплексы хитозан–
додецисульфат натрия. Page 66
Межфазная и поверхностная тензиометрия трехкомпонентных систем
гептан-толуол-изобутанол и гептан-толуол-изопропанол
Исмагилова Г.И., Табрисов И.И., Сатгараев А.Н., Султанова Р.Б., Николаев В.Ф.
Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КНЦ РАН
Казанский государственный технологический университет, факультет нефти и нефтехимии
Изучены изотермы бинарных и трехкомпонентных систем алкан-арен-алканол,
содержащих гептан, толуол, изобутанол (ИБС) и изопропанол (ИПС). На изотерме
межфазного натяжения (Рис.1) в области мольных долей f(ИБС) < 0,1 наблюдается резкий
спад, что соответствует максимальной чувствительности межфазной тензиометрии в этой
концентрационной области к содержанию в углеводородах оксигенатов, в частности,
алканолов, допускаемых к использованию (до 10%) в качестве октанповышающих добавок к
бензинам стандарта Евро-3, введенному в России с начала этого года.
Рис.1. Изотерма межфазного натяжения би- Рис.2. Изотерма поверхностного натяжения
нарной смеси толуол – изобутанол от
толуол-изобутанол от мольной доли ИБС
мольной доли ИБС.
Для аналитического описания изотерм использована предложенная нами ранее
нестехиометрическая модель конкурирующих взаимодействий. Для изотермы, показанной на
со статистическими характеристиками r=0,999 и s=0,05. Изотерма имеет S-образный
характер с точкой перегиба в области fИБС = 0,45. Структурные вклады, описываемые
экспоненциальными членами модели, имеют противоположные знаки. Диаграммы
межфазного натяжения 3-х компонентных смесей алкан-арен-алканол характеризуются
высокой плотностью изотенз в области мольных долей алканолов fИБС и fИПС <0,15, что также
подтверждает возможность эффективного использования межфазной тензиометрии в
контроле качества бензинов и бензиновых фракций (при фракционной разгонке по ГОСТ).
Моделирование методом Монте-Карло переноса электрона на границе металлический
электрод/раствор.
Березин А.С., Назмутдинов Р.Р.
Казанский государственный технологический университет
Электрохимические процессы с переносом электрона, протекающие на границе
электрод/раствор, представляют фундаментальный интерес для теории и имеют
разнообразные практические приложения. Хотя общая квантово-механическая теория таких
реакций в принципе построена [1], в этой области имеется ряд нерешенных проблем. Одна
из таких задач связана с тем, что в случае металлического электрода приходится иметь дело
с множеством пресекающихся поверхностей свободной энергии реакции, соответствующих
бесконечному континууму различных электронных состояний. Это, в свою очередь,
приводит к большим сложностям в расчетах электронного трансмиссионного коэффициента
– важного кинетического параметра – особенно в промежуточной области перекрывания
орбиталей реагента с волновыми функциями металла.
В данной работе сообщаются результаты моделирования методом Монте-Карло
переноса электрона в системе с множеством пересекающихся термов. Рассматриваются
прямые и обратные «баллистические» траектории; используется теория Ландау-Зинера; для
описания электронов в металле также применяется статистика Ферми-Дирака. Другие детали
модельных расчетов можно найти в работе [2]. Используемые поверхности свободной
энергии зависят от двух степеней свободы: коллективной координаты растворителя и
эффективной внутримолекулярной координаты. Внутримолекулярная реорганизация
реагента описывается в терминах теории линейного отклика, а также в рамках предельного
случая, соответствующего разрыву химической связи (см. подробнее в [3]).
В работе обсуждаются модельные зависимости эффективных трансмиссионных
коэффициентов от величины фактора Ландау-Зинера, плотности электронных состояний и
температуры. Принципиально новым элементом по сравнению с [2] является моделирование
переноса электрона в широком интервале перенапряжений электрода, захватывающего
области безактивационного и безбарьерного разряда.
Литература.
- A.M.Kuznetsov, J. Ulstrup. Electron transfer in Chemistry and Biology, Wiley, Chichester, 1999.
- A.M. Kuznetsov, R.R. Nazmutdinov, W. Schmickler, J. Electroanal. Chem. 532 (2002) 171-180.
- R.R. Nazmutdinov, D.V. Glukhov, G.A. Tsirlina, O.A. Petrii, Russ. J. Electrochem. 38 (2002)
812-824. Page 68
Электрохимическое восстановление металлокомплекса палладия (II), образованного
дифосфиновым хелатным лигандом.
Р.М.Кагирова, Ю.С.Ганушевичb, Д.Г.Яхваровb, О.Г.Синяшинb
aКазанский государственный университет, г. Казань
bИнститут органической и физической химии имени А.Е.Арбузова КазНЦ РАН, г.Казань
Исследование электрохимического поведения металлокомплексов в различных средах
представляет большой интерес, поскольку позволяет в ряде случаев объяснить механизм
каталитической реакции, что, в свою очередь, позволяет управлять процессом.
В настоящей работе методом циклической вольтамперометрии (ЦВА) исследованы
электрохимические
характеристики
комплекса PdCl2(dppe),
где [dppe=1,2-бис-
(дифенилфосфино)этан]. На ЦВА наблюдается процесс двухэлектронного восстановления
комплекса. Для установления природы продуктов, образующихся при потенциалах
восстановления, был проведен препаративный электросинтез в двухэлектродной ячейке с
разделением катодного и анодного пространств.
ЯМР 31Р (ДМФА), δ м.д.
Соединение
Структурная
формула
Ep
red, В
до
электросинтеза
после
электросинтеза
1,2-бис-
(дифенилфосфино)-
этанпалладийдихло
рид
P
P
Pd
Cl
Cl
Ph
Ph
Ph
Ph
-1,44
65,00
29,20
Продукты восстановления были также охарактеризованы методами хроматомасс и ЭПР
спектроскопии.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных
исследований (РФФИ 06-03-32247-а)Page 69
Исследование механизма и кинетики химической реакции
на основе методов квантовой химии и прямой молекулярной динамики
Клековкина В. В.
Казанский государственный университет, физический факультет
Одним из теоретических подходов к решению задач химической физики является
квантовая химия, методы которой позволяют проводить расчеты электронной структуры
молекулярных систем исходя из принципов квантовой механики.
В данной работе нами было проведено исследование механизма бимолекулярного
взаимодействия триметилфосфина с сероуглеродом, в результате которого образуется
молекула бетаина, на основной поверхности потенциальной энергии. Для реагентов и
продукта реакции рассчитаны равновесные физико-химические параметры, определено
переходное состояние в процессе реакции. В рамках метода функционала плотности B3LYP
с применением базисного набора cc-pVTZ энергия активации составляет 16.8 ккал/моль.
Нами на основе проведенных квантовохимических расчетов нижнего возбужденного
триплетного состояния сероуглерода, триметилфосфина и бетаина было показано, что
геометрические параметры, распределение электронной плотности, дипольный момент
сильно отличаются от соответствующих значений для основного состояния.
Имеющиеся экспериментальные данные по кинетике реакции для более сложных
производных фосфина указывают на значительное влияние эффектов среды на скорость
протекания прямой и обратной реакции. Нами были проведены оценки констант скорости
протекания обратной реакции в рамках теории активированного комплекса. Так, константа
скорости обратной реакции, протекающей в газовой фазе, равна 3.2·107 с-1. Для учета влияния
среды использовалась поляризационная континуальная модель.
Согласно проведенных нами расчетов методом прямой молекулярной динамики
характерное время протекания реакции составляет 200-250 фс.
Проведение расчетов с использованием современных методов квантовой химии и
прямой молекулярной динамики позволило детально изучить механизм реакции, исследовать
влияние электронного возбуждения на физико-химические параметры молекул, вычислить
константы скорости протекания реакции с учетом эффектов среды, оценить временные
диапазоны динамических процессов. Page 70
Оценка уровня стохастичности временных сигналов сложных систем
при помощи показателя Хёрста
Зарипов Равиль Радикович
ТГГПУ, физический факультет
В последнее время для исследования динамических особенностей сложных систем
активно используются различные статистические методы. Среди них можно выделить
следующие методы обработки статистических данных: корреляционный и регрессионный
анализ, методы дисперсионного факторного и ковариационного анализа, фрактальный и
мультифрактальный анализ, детрендированный флуктуационный анализ, методы,
развиваемые в рамках теории хаоса и нелинейной динамики, классический Фурье-анализ и
вейвлет-анализ, фликкер-шумовая спектроскопия, стандартные методы математической
статистики и т.д. Данные методы находят широкое применение при решении различных
задач в сейсмологии, акустике, медицине, астрофизике.
Данная работа посвящена исследованию динамических особенностей сложных систем
посредством вычисления показателя Хёрста для исходных временных сигналов,
продуцируемых такими системами. Рассмотрены различные варианты вычисления
показателя Хёрста для всего временного сигнала, с последующей линейной аппроксимацией.
Реализован быстрый метод и метод с усреднением по обрабатываемому периоду. Так же в
работе представлен алгоритм построения локального поведения экспоненты Хёрста.
На основе рассмотренных алгоритмов было разработано программное приложение,
которое предварительно прошло апробацию на модельных сигналах (синусоидальный и
псевдослучайный сигналы). В случае синусоидального сигнала для быстрого алгоритма
показатель Хёрста оценивается в пределах 0.83 (алгоритм со сглаживанием – 0.86), что
говорит о наличии детерминированной связи в данном сигнале. Для сигнала, полученного
при помощи генератора случайных чисел, показатель составляет: для быстрого алгоритма –
0.56, для алгоритма с усреднением – 0.53.
Полученные алгоритмы были использованы для исследования сейсмических,
астрофизических сигналов и физиологических серий. Полученные в ходе исследований
результаты позволяют провести классификацию рассматриваемых процессов в зависимости
от уровня стохастичности.
Разработанное в ходе исследований программное приложение может найти
применение в анализе временных сигналов сложных систем разнообразной природы. В
частности, открывается возможность прогнозирования трендового направления дискретной
временной эволюции сложных систем. Page 71
Оценка влияния мультифрактальных параметров микроструктуры на свариваемость
двухслойных сталей
Кудрин А.Г.
КГТУ им. А.Н. Туполева, факультет авиации, наземного транспорта и энергетики
При сварке двухслойных металлов имеют место такие явления, как образование общей
сварочной ванны, совместная кристаллизация разнородных материалов и образование в
сварном шве так называемой зоны смешения.
Установление корреляции между мультифрактальными параметрами микроструктуры
и склонностью сварного соединения к высокотемпературному растрескиванию может
служить обоснованием возможности скоростного испытания металлов, при котором
определение характеристик шва может осуществляется по мультифрактальным параметрам.
Анализ различных участков сварного соединения таких труб позволил выявить
характерные особенности их микроструктуры. В корне шва структура мелкозернистая, по
мере приближения к зоне смешения размер зерен увеличивается.
Рис. 1 Трещина в зоне смешения.
Фотоснимки этой зоны шва, выполненные при увеличении х250 были подвергнуты
компьютерной обработке с использованием программы «MFR FastProject1». В результате
программного анализа микроструктуры получены следующие значения мультифрактальных
параметров для корневой зоны шва: D1-D200=0,0536; F200=0,4142. Разность между
одноименными параметрами для образцов с трещинами и образцов без трещин оказалась
небольшой (~3-5%).
В зоне смешения, а также в лежащем над ней основном слое из стали 20, обнаружены
многочисленные трещины длиной от 2*10-3 до 0,3-0,5 мм, при этом наиболее крупные,
развитые трещины локализуются в зоне смешения (рис. 1). Для этого участка шва средние
значения мультифрактальных параметров составили: D1-D200=0,0826; F200=0,6192. Для
того же участка образца не подвергшегося заметному растрескиванию, одноименные
параметры соответственно составили: D1-D200=0,104902; F200=0,786384.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что наличие в зоне смешения
горячих трещин приводит к снижению мультифрактальных параметров на 25-30%. Page 72
Нелинейные методы многопользовательского детектирования в мобильных системах связи
В.В. Кадушкин
Казанский государственный технический университет
им. А.Н. Туполева
Технология многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA)
является наиболее привлекательной с позиций потенциально достижимой емкости сети и
эффективного использования как внутрисетевых, так и канальных ресурсов при заданном
профиле качества обслуживания (QoS) конкретного пользователя. Данная технология, в
частности, лежит в основе радиоинтерфейса UTRAN мобильной сети поколения UMTS и
определяет дальнейшие перспективы развития высокоскоростных технологий радиодоступа
4-го и 5-го поколений. В этой связи, в системах 3G активно внедряют математическое
обеспечение, базирующееся на совместном использовании адекватных вероятностных
моделей, методов управления мощностью сигналов и квазиоптимальных алгоритмов и
устройств многопользовательского детектирования (МПД).
Квазиоптимальные алгоритмы МПД можно подразделить на класс линейных и
нелинейных алгоритмов детектирования. Линейные алгоритмы в некоторых случаях имеют
достаточно высокую производительность и удовлетворительны в плане удаления помехи
множественного доступа (MAI), но крайне чувствительны к ошибкам синхронизации и
фазовым ошибкам. В нелинейных схемах МПД генерируются оценки значений MAI-помехи
и далее она удаляется (итеративно отсекается) из принятого группового сигнала еще до
процедуры детектирования. Page 73
Особенность заселения парковых территорий птицами, на примере парка «Миллениум» г.
Казани
Мударисов Р.Г.
ТГГПУ, географический факультет
Городская экосистема представляет собой результат сложного взаимодействия
комплекса организмов (микроорганизмов, грибов, растений, животных и человека) со средой
их существования. Городская или урбанизированная экосистема может служить примером
антропогенно- трансформированных экосистем, поддерживаемых деятельностью человека.
Это сообщество с определенным видовым составом живых организмов и своеобразием
связей между его компонентами, зависящими от комплекса физико-географических и
социально-экономических условий территории.
Городские экосистемы создают благоприятные условия для обитания, питания и
гнездования птиц, что ведет к их синантропизации. Для синантропных видов антропогенную
среду обитания следует рассматривать как комплекс различных местообитаний, к которым
должны быть адаптированы виды с определенными жизненными потребностями.
Изучение динамики сезонной орнитофауны на территории парка «Миллениум» города
Казани началось с 29.10.05 до 29.10.07. Изучение фауны птиц осуществлялось по
общепринятым методикам (Бутурлин, 1948, Дементьев, Гладков, 1948, Новиков, 1949,
Макфедьен, 1965).
За весь исследованный период выявлено 15 видов из 8 семейств (ткачиковые,
вороновые, вьюрковые, скворцовые, стрижеобразные, голубеобразные, синицевые,
трясогузковые). Сезонные исследования показали неравномерность их распределения
временном пространстве. Исследование доказало по мере старения парка увеличивается
видовое разнообразие авифауны. Растительности формации усложняться, адаптируются к
здешнему не прихотливому почвенному покрову и гидрологическому режиму. В процессе
«старения» парка наблюдаются сукцессионные процессы. Флористический состав,
представлен сорными и декоративными растениями из 27 видов высших растений.
Парки являются основными городскими биотопами, где формируется своеобразный
комплекс птиц из различных экологических групп, адаптированных к условиям города.
Парковые территории играют основную роль в сохранении орнитофауны города. Парки
используются птицами как место отдыха, добычи и поиска корма, гнездования в течение
всего года. Таким образом, садово-парковые территории городов выполняют основную
задачу по сохранению разнообразия фауны птиц. Расширение площадей парков, скверов,
бульваров позволит обогатить видовой состав и создаст благоприятные условия для
обитания многих видов птиц в условиях урбанизированной территории. Page 74
Дноуглубление и заиление озер системы Кабан
Исмагилов Марат Шамилевич
КГУ, биолого-почвенный факультет, ЦДТ «Танкодром» Советского района г.Казани
В г.Казани насчитывается несколько десятков озер. Наиболее крупными их них являются
озера системы Кабан. В числе факторов деградации озер рассматривается заиление –
накопление донных отложений в ложе водоема. Разработаны проекты дноуглубления и
оздоровления озер. Однако пока не ясно: существует ли острая необходимость очистки озер от
иловых отложений; какова современная скорость заиления?
Цель проекта – решение вопроса о необходимости очистки озер Кабан от донных
отложений. Стратиграфические исследования колонок донных отложений озер (Верхний,
Средний, Нижний Кабан) в сочетании с определением свойств отдельных слоев,
отличающихся по времени образования, позволили рассчитать максимальную скорость
илонакопления – 1 см/год. На наиболее глубоководных участках за 100 лет мощности илов
могут возрасти всего на 1 метр, а средняя глубина водоема уменьшится не более чем на 50 см.
С учетов комплекса проанализированных факторов нами сделан вывод, что на данном этапе
проведение дноуглубительных работ на озерах нецелесообразно, экологически опасно и
экономически затратно. Существенно снизить скорость заиления позволит организация
природоохранных мероприятий: создание противоэрозионных валов и борозд; залесение и
залужение склонов; поэтапное снижение сброса сточных вод и повышение степени их
очистки; оптимизация применения удобрений жителями близлежащих поселков и садоводами
на основе информирования их о проблемах озер. По мере стабилизации экономических
показателей города можно будет вновь рассмотреть вопрос об очистке озер Кабан от донных
отложений. Page 75
Комбинированная очистка вентиляционных выбросов от летучих растворителей
Шигапова Г.Р.
КГТУ им. А.Н. Туполева, факультет автоматики и электронного приборостроения
Вентиляционные выбросы большинства технологических процессов содержат
соединения летучих растворителей (фенол, ацетон, этанол, спирты и др.). Очистка воздуха от
таких веществ осуществляется в нескольких агрегатах, по сложной многоступенчатой
системе.
Разработан агрегат комбинированной очистки воздуха, в котором реализуется
несколько физико-химических процессов. Основой агрегата является адсорбционная
колонна, в которой имеется насадочный слой, насадки которого выполнены из пористого
адсорбента, содержащего ионообменные группы.
В верхней части колонны имеется форсунка-смеситель, через которую подается
специальная суспензия, состоящая из смеси абсорбента и гранул адсорбента, с размерами до
100 мкм. Суспензия подается через шнек, которая приводится во вращение от лопаточной
турбины, приводимой во вращение от набегающего потока абсорбента.
Работа форсунки-смесителя осуществляется автоматически, с поддержанием
необходимого состава жидкости и гранул в суспензии. Page 76
Очистка сточных вод от масел и нефтепродуктов
Шевелева Ю.В.
КГТУ им. А.Н. Туполева, факультет автоматики и электронного приборостроения
Загрязнение поверхностных сточных вод маслами и нефтепродуктами представляет
серьезную экологическую проблему. Такие загрязняющие вещества характерны для
нефтеперерабатывающих, нефтехимических предприятий, машиностроительных заводов,
автотранспортных хозяйств. Очистку стоков от подобных загрязнителей осуществляют в
отстойниках и нефтеловушках, которые имеют низкую производительность и невысокое
качество очистки.
Разработана оригинальная схема и конструкция очистки сточных вод от масел и
нефтепродуктов (Патент № 71113, бюл. № 6, 27.02.2008).Основой устройства служит
использование гидрофобных высокопористых материалов (ВПЯМ), в которых за счет
капиллярного эффекта реализуется гидрофобная сорбция. Вследствии этого нефтепродукты
поднимаются по ленте из ВПЯМ и накапливается в специальном сборном лотке.
Сорбционный материал из ВПЯМ выполнен в виде кольцевой замкнутой ленты,
установленной на системе подвижных роликов. Один ролик является ведущим, а два ролика
являются обжимными и служат для регенерации ленты из ВПЯМ. Сбор отжатых
нефтепродуктов осуществляется в специальном лотке.
Разработанное устройство позволяет очищать сточные воды от нефтепродуктов с
высоким качеством и регулируя производительность, изменяя скорость движения ленты. Page 77
Проблемы современной водоподготовки для теплоэнергетики.
Крылова А.Н.
КГЭУ, институт теплоэнергетики
Важным условием безаварийной и надёжной эксплуатации теплоэнергетического
оборудования является обеспечение требуемых норм качества питательной воды.
Разработанные в 60 – 80х годах ХХ века технологии водоподготовки не предусматривали
перспективы изменения состава природных вод. В настоящее время в связи с ростом темпов
промышленного производства, а также с увеличением числа аварийных ситуаций степень
техногенного влияния на водных объектах возрастает. Следствием этого является изменение
естественного состава природных вод, представленное на примере реки Казанки.
Качество поверхностных вод р. Казанка за период с 1999 по 2006 год
характеризовалось как «загрязнённые» и «грязные». Выявлено превышение норм качества по
предельно допустимым концентрациям (ПДК) по следующим показателям: сульфатам (до 9
ПДК); соединениям меди (до 18 ПДК); нефтепродуктам (до 8,4 ПДК), фенолам (до 10 ПДК);
железу общему (до 26 ПДК); азотистым соединениям (до 5,3 ПДК).
Изменение состава природных вод и наличие в них техногенных примесей,
оказывающих влияние на процессы водоподготовки, уже нельзя игнорировать. Наличие в
природных водах нефтепродуктов будет негативно сказываться на работе механических и
ионообменных фильтров. Присутствующие в природных водах катионы Cu+2 и Fe+2 будут
оказывать конкурирующее влияние на ионы Ca+2, Mg+2 и Nа+1в процессе ионного обмена.
Таким образом, для повышения надёжности эксплуатации водоподготовительного
оборудования необходимо исключить возможность попадания в него нефтепродуктов,
изолирующих поверхность фильтрующего материала и препятствующих процессу очистки.
В целях сохранения требуемого качества питательной воды целесообразно осуществлять
локальный мониторинг состояния воды по месту водозабора на предмет присутствия в ней
конкурентных техногенных примесей, и разработать программное обеспечение,
позволяющее на основе данных мониторинга прогнозировать на перспективу состояние
водных объектов и влияние техногенных примесей на работу водоподготовительного
оборудования.
В целях охраны водных объектов требуется интенсификация работ по их охране и
внедрение ресурсосберегающих технологий, позволяющих минимизировать техногенную
нагрузку на водные объекты. Page 78
Оценка экологической опасности шлама автомойки «КПАТП – 1»
Е.С. Егорова
Казанский государственный энергетический университет,
факультет «Энергомашиностроение»
В настоящее время все мойки автотранспорта, в том числе и на КПАТП – 1,
оборудованы оборотными системами водоснабжения, предусматривающими очистку и
повторное использование образующихся сточных вод. Многократные прогоны оборотной воды в
системе приводят к накоплению в ней нефтепродуктов, взвешенных веществ, солей тяжелых
металлов и ПАВ моющих средств. Для осветления циркулирующей воды обычно используют
емкости-отстойники, где идет самопроизвольное осаждение шлама. Большие объемы
накопленного шлама, подлежащего очистке от нефтепродуктов, представляют собой достаточно
серьезную проблему для предприятий. Поэтому задачи по его утилизации являются весьма
актуальными. Однако, для того, чтобы рекомендовать тот или иной способ утилизации шлама
необходимо провести оценку его экологической опасности.
В данной работе было проведено комплексное изучение шлама автомойки КПАТП – 1,
включающее в себя гранулометрический, рентгенографический и полуколичественный
спектральный анализы. По результатам ситового анализа шлам можно условно отнести к
группе глинистых грунтов, поскольку он на 87-89% сложен глинистой фракцией, на 11-13%
– пылеватой. Глинистая фракция, как показал рентгенографический анализ, представлена
мусковитом (KAl2[Al,Si3O10](OH)2) и хлоритом ((Mg,Fe)4Al2[Al,Si3O10](OH)8), а пылеватая –
кварцем (SiO2), альбитом (Na[Al,Si3O8]), ортоклазом (K[Al,Si3O8]), кальцитом (CaCO3) и
доломитом (CaMg(CO3)2). Полуколичественный спектральный анализ установил, что шлам
характеризуется достаточно высоким содержанием цинка и свинца, которые относятся к I
классу опасности. Кроме того, в составе шлама содержатся нефтепродукты, составляющие
14% его сухой обезвоженной массы. Исходя из токсикологических характеристик шлама, его
можно рекомендовать лишь для производства, где используется высокотемпературный обжиг –
производство керамического кирпича, керамзита и др.
Фармакогенетика, фармакогеномика в свете проблем, связанных с эссенциальной артериальной гипертонией
А.В.Тимофеева, Л.Е.Горюнова, Г.Л.Хаспеков, Д.А.Ковалевский, А.В.Скамров, О.С.Булкина, К.А.Талицкий, Ю.А.Карпов, Р.Ш.Бибилашвили
Институт экспериментальной кардиологии, Институт клинической кардиологии им. А.Л.Мясникова, Москва
A.V. Timofeeva, L.E. Goryunova, G.L. Khaspekov, D.A. Kovalevsky, A.V. Skamrov, O.S. Bulkina,
K.A. Talitsky, Yu.A. Karpov, R.Sh. Bibilashvili
Institute of Experimental Cardiology, A.L. Myasnikov Institute of Clinical Cardiology, Moscow
Pharmacogenetics, pharmacogenomics in the light of essential
hypertenstion-associated problems
Несмотря на внушительный арсенал современных антигипертензивных препаратов (АГП), проблема повышения эффективности лечения артериальной гипертонии (АГ) – одна из наиболее актуальных в здравоохранении экономически развитых стран. Анализ медицинской практики в США показывает [1-6], что целевые уровни артериального давления (АД) достигаются не более чем у 30% больных АГ, получающих антигипертензивную терапию (АГТ) [7]. В последнее время появляется все больше данных о том, что причиной этого являются не только вопросы приверженности лечению и организации здравоохранения, но в значительной степени и индивидуальные особенности организма, определяющие фармакокинетику и фармакодинамику АГП у конкретного больного. Это обстоятельство не учитывают в обычной клинической практике. Отклонения от средних фармакокинетических и фармакодинамических характеристик лекарств могут быть обусловлены индивидуальными свойствами лекарственных мишеней или ферментов, ответственных за транспорт и метаболизм лекарств. Помимо таких очевидных причин, как сопутствующие заболевания или лекарственные взаимодействия, эти отклонения могут быть детерминированы полиморфизмом генов, продукты которых являются мишенями для лекарства или участвуют в его метаболизме, соматическими мутациями (особенно связанными с утерей гетерозиготности в расселяющихся мультипотентных клетках), деметилированием или метилированием промоторов “молчащих” генов и др.
Успешное завершение в начале XXI века программы “Геном человека” создало предпосылки и необходимый молекулярно-биологический инструментарий для разработки индивидуальных средств лечения и диагностики. Можно упомянуть высокопроизводительные методы анализа полиморфизма генов (например, “HapMap”) или кДНК’овые и олигонуклеидные матрицы (microarray) для анализа транскрипции генов и SNP-генотипирования, быстро действующие автоматы для определения полимеразной цепной реакции – ПЦР (real time PCR) и пиросиквенса. Следует также упомянуть о быстро растущем арсенале белковых матриц, создаваемых на основе моноклональных антител, и аппаратов для быстрого определения аффинности с помощью плазмонового резонанса (Proteon, Biacore).
На основании этих и аналогичных молекулярно-биологических инструментов за последние 6 лет родились и бурно развиваются три новые дисциплины в фармакологии: токсикогеномика, фармакогеномика и фармакогенетика, данные которых наряду с данными классических фармакокинетики и фармакодинамики могут в скором времени стать обязательными для регистрации новых лекарств и новых их комбинаций. Формы соответствующей документации FDA в США уже обсуждаются [8-10].
Многочисленные примеры успешного применения этих методов для выбора (из нескольких вариантов) оптимальной для данного пациента терапии, отказа от заведомо бесполезного или высокотоксичного для данного больного препарата представлено в литературе уже немало [11-17]. Обсуждаются и причины медленного распространения этих методов в обычной клинической практике, несмотря на их высокую эффективность [18]. Для более широкого внедрения этих методов в практику представляется очевидной необходимость разработки специализированных для каждого заболевания упрощенных вариантов анализа как картины транскрипции, так и карты полиморфизма ограниченной выборки наиболее информативных для данной болезни генов. Отдельного рассмотрения заслуживает применение фармакогеномных подходов для поиска новых мишеней для терапии и предсказания отдаленных последствий продолжительного лечения [19-21].
Фармакогеномика для фармаколога, изучающего действие определенного препарата, или молекулярного биолога, занимающегося изучением определенного заболевания, и, наконец, для наблюдающего конкретного больного практикующего врача – несколько разные области знания, имеющие дело с различным спектром анализируемых генов. В отличие от фармакогенетического фармакогеномный подход предполагает анализ не одной определенной мишени (гена) на фоне в среднем одинаковой среды, а целого спектра индивидуально вариабельных мишеней.
Мы исследовали эти спектры применительно к гипертонической болезни (ГБ), или эссенциальной гипертонии.
При изучении причин индивидуальной неэффективности в среднем эффективных препаратов используют два основных подхода: исследование полиморфизма генов-кандидатов в геноме и влияния последних на фармакокинетику и фармакодинамику или измерение изменения транскрипции генов (по возможности непредвзятого списка всех аннотированных генов) при использовании данного лекарства или данного метода лечения.
Полиморфизм всех генов, продукты которых взаимодействуют с лекарствами, используемыми для лечения АГ, или определяют их биодоступность и время полувыведения, хорошо исследован и описан во многих обзорах [22-29], в том числе и на русском языке [30]. Наиболее полное описание влияния полиморфизма генов основных участников регуляции АД и ферментов метаболизма применяемых лекарств представлено в обзоре P.Mellen, D.Herrington [31]. Исходный список генов-кандидатов составляют на основе знания, накопленного за предыдущие годы исследований, обо всех участниках процесса регуляции АД (ангиотензин, эндотелины, вазопрессин, брадикинин, альдостерон, простагландины, натрийуретический фактор, адреналин и др.). В список включают все их рецепторы, ферменты, участвующие в их синтезе, деградации и секреции, передаче сигнала от их рецепторов к исполнительным механизмам, ионные насосы и др. Это молекулярно-биологический список. Он включает 75-150 генов [32]. Отдельно по каждому классу лекарств составляют список генов-кандидатов, обеспечивающих процессинг лекарства, его транспортировку и деградацию и/или выведение. Для каждого класса лекарств таких генов 5-10, а всего для АГП набирается 30-40 генов. Это фармацевтический список, так называемые предвзятые (supervised, biased) списки.
Непредвзятые списки (nonbiased) получают из сравнения картин экспрессии всех генов у нормальных и имеющих АГ лабораторных животных. Но такие сравнения должны проводиться отдельно для каждого органа или ткани и могут включать дополнительные гены (избыточный список генов), активность которых меняется из-за изменения активности генов, непосредственно реагирующих на стимул (например, на лекарство или бессолевую диету). Такие избыточные списки включают обычно 1500-3000 генов. Причины возникающей избыточности хорошо проиллюстрированы в работе B.Joe и соавт. [33].
Из 75-150 генов-кандидатов, экспрессия которых определяет гомеостаз АД, только для 12-15 генов частота выявления функционального полиморфизма превышает уровень 2-5% для минорного аллеля [32]. Это уровень, который может иметь значение в практической медицине, для того чтобы вместо метода проб и ошибок при выборе терапии врач мог исключить заведомо неэффективную для данного пациента схему лечения. Число генов и полиморфизмов в этом списке достаточно ограничено, чтобы стать применимым в практических целях. Это список для практикующего врача. Можно ожидать появления диагностических наборов на его основе. Ни один из этих часто встречающихся полиморфизмов не коррелирует с АГ и встречается одинаково часто как в популяции людей с нормальным АД, так и в популяции лиц с АГ. При этом многие из этих полиморфизмов влияют на квазистационарную концентрацию продуктов этих генов или эффективность их взаимодействия с партнерами, а также оказывают влияние на рефрактерность больного к тому или иному лекарству или использованию бессолевой диеты. К сожалению, однако, в большинстве случаев разные авторы по не очень понятным причинам в исследованиях получают разные результаты. Причиной может быть отсутствие в каждом из исследований данных полиморфизма по полному списку этих генов или отсутствие в современной модели гомеостаза АД существенных элементов.
Транскрипция генов с помощью микроэррейной технологии (матриц для транскрипции) измеряется не только для составления списка генов-кандидатов для анализа полиморфизма. Эта технология используется и для прямого изучения индивидуальной чувствительности к АГП и диетам. Она основана на измерении активности генов (транскрипции) и изменения их активности при лечении или в доклиническом исследовании препарата на экспериментальных животных. Как уже упоминалось, такие сравнения должны проводиться отдельно для каждого органа или ткани, и для человека они практически ограничиваются только анализом активности генов в клетках крови. Надо отметить, что опубликованных данных об исследованиях по этому направлению при ГБ очень мало.
Следует отметить работы по изучению индукции транскрипции генов с помощью солевой диеты у крыс с нормальным АД и крыс со спонтанной АГ, чувствительных к солевой диете, и специально “сконструированных” для этих экспериментов конгенных линий крыс, имеющих замещения в участках хромосом, потенциально ответственных за АГ и переносящих этот признак вместе с переносом участка хромосомы от донора к реципиенту. Всего таких зон у крыс 16. Успешный перенос этого фенотипического признака вместе с переносом части хромосомы может свидетельствовать о существовании наследуемых форм заболевания в отличие от наследуемого фактора риска заболевания.
Таблица 1. Клиническая характеристика пациентов, включенных в исследование (n=20)
Номер образца* Стадия ГБ Возраст, лет Пол САД,
мм рт. ст. ДАД,
мм рт. ст. ОХС, ммоль/л Глюкоза, ммоль/л Креатинин,
мкмоль/л
Лейкоциты, ґ109/л ПОМ и АКС Терапия на момент взятия крови
H1 II 61 Ж 160 100 5,0 5,9 79 5,1 ПА, ГЛЖ Валсартан
H2 III 69 М 130 90 4,2 4,3 107 5,3 ОНМК Амлодипин
H3 II 59 М 180 100 6,2 6,3 108 6,0 ГЛЖ, НТГ Валсартан
H4 III 68 Ж 160 100 6,6 6,3 89 6,1 ТИА, ПА, НТГ Валсартан
H5 III 66 М 124 80 5,0 4,1 94 4,1 ИБС, ДЭ, ПА, ГЛЖ Амлодипин
H6 III 68 М 140 80 6,1 4,5 103 4,6 ТИА, ГЛЖ Амлодипин
H7 III 64 М 150 90 4,4 4,5 124 7,0 ИБС, ДЭ, ПА Амлодипин
H8 III 66 М 140 80 7,6 5,3 118 5,4 ИБС, ПИКС, ДЭ, ТИА, ПА, ГЛЖ Амлодипин
H9 III 70 Ж 140 80 5,5 6,7 104 6,1 ИБС, ПА, СД Валсартан
H10 III 69 М 140 90 5,1 5,5 101 5,4 ИБС, ДЭ, ПА Валсартан
H11 III 62 Ж 130 70 6,8 6,1 79 6,1 ИБС, ДЭ ТИА, ГЛЖ, НТГ Амлодипин
H12 III 67 М 170 100 8,8 5,6 103 6,2 ИБС, ПА Валсартан
H13 II 65 М 140 80 7,4 4,7 107 4,9 ГАС (II) Валсартан
H14 I 63 М 180 100 4,1 5,8 80 4,9 Нет –
H15 II 53 М 150 100 6,1 5,9 82 4,1 ПА, ГЛЖ –
H16 II 60 М 180 100 7,9 5,7 124 5,1 ПА –
H17 I 47 Ж 160 100 6,1 5,9 95 5,5 Нет –
H18 III 57 Ж 170 110 6,8 6,5 92 5 ИБС, НТГ –
H19 II 39 Ж 170 100 5,9 5,4 74 5 ГАС (II) –
H20 II 61 М 170 90 7,8 6,5 104 4,9 ПА, НТГ –
Примечание. Ж – женщины, М – мужчины;
САД и ДАД – систолическое и диастолическое АД на момент взятия крови;
ОХС – общий холестерин;
ПОМ – поражения органов-мишеней, АКС – ассоциированные клинические состояния (в соответствии с рекомендациями ВНОК по АГ);
ГЛЖ – гипертрофия миокарда левого желудочка;
ГАС – гипертоническая ангиопатия сетчатки (в скобках – степень по Salus);
ИБС – ишемическая болезнь сердца;
ПИКС – постинфарктный кардиосклероз;
ТИА – транзиторные ишемические атаки;
ОНМК – острое нарушение мозгового крвообращения;
ДЭ – дисциркуляторная энцефалопатия;
ПА – периферический атеросклероз (гемодинамически значимое – более 50% – стенозирование сонных артерий и/или артерий нижних конечностей);
НТГ – нарушение толерантности к глюкозе, СД – сахарный диабет.
В соответствующих графах указано содержание лейкоцитов, а также значения уровней глюкозы, креатинина, ОХС, креатинина в сыворотке крови натощак на момент взятия крови.
Таблица 2. Список 25 транскриптов, дифференциально экспрессирующихся в двух группах пациентов (“H+T” – все “леченые” пациенты, “H” – все “нелеченые” больные ГБ).Символ гена Имя гена, свойства
H+T
H
К p К p
- I. Цитокины и рецепторы, регуляция воспалительного процесса
CX3CR1 Рецептор 1 хемокина группы CX3C (Cx3CL1), атерогенез 3,8 0,00025 5,4 0,00091
CXCR4 Рецептор 4 хемокина группы CXC (CxCL12,SDF1), корецептор вируса HIV 2,1 0,00025 2,6 0,00063
CAGC S100A12, кальцийcвязывающий белок 1,8 0,0092 1,7 0,054
OSM Онкостатин M, калгранулин С, цитокин, воспалительный фактор 1,2 0,1 2,6 0,00041
- II. Апоптоз
P53 Белок р53, регулятор апоптоза и транскрипции 1,4 0,003 1,8 0,0084
CASP4 Каспаза 4, цистеиновая протеаза 3,6 0,0036 4,1 0,0063
CASP2 Каспаза 2, цистеиновая протеаза 1,7 0,0013 1,9 0,00091
CASP8 Каспаза 8, цистеиновая протеаза 3,9 0,00017 6,1 0,00021
III. Регуляция транскрипции
EGR1 Транскрипционный фактор, онкосупрессор, регулятор генов системы активного кислорода и Na/K-насоса 4,9 0,00006 1,4 0,064
FLI1 Транскрипционный фактор, фактор интеграции вируса лейкемии Френда, регулятор генов гемостаза и гематопоэза 1,3 0,042 1,6 0,0012
UBID4 DPF2. Zn-зависимый фактор транскрипции, ответственный за ускорение пролиферации и апоптоза гемопоэтических клеток. Партнер RelB-фактора транскрипции 1,8 0,00052 1,8 0,0025
MNDA Транскрипционный фактор, специфичный для миелоидной гранулоцит-макрофагальной линии клеток крови, чувствителен к интерферонам, локализован в ядре 2,4 0,012 3,0 0,0012
- IV. Регуляция МАР-киназного сигнального пути
PYST1 DUSP6, MKP3. Фосфатаза двойной специфичности, тип 6. Ингибитор ERK2-, ERK1-зависимых ветвей MAP-киназного сигнального пути регулирования апоптоза, пролиферации, дифференцировки и воспаления, усиливает апоптоз. Локализуется в цитоплазме. Активируется ангиотензином II 2,9 0,0019 4,2 0,00064
PAC1 DUSP2, Фосфатаза двойной специфичности, тип 2, инактивирует ERK1 & ERK2, JNK, p38, ослабляет, вероятно, апоптоз и воспалительный ответ. Локализуется в ядре. Специфичен для гемопоэтической линии клеток 4,1 2E-06 4,4 0,0001
RAFB1 Гомолог B1 онкогена V-RAF 1,6 0,012 1,5 0,0097
RAF1 Гомолог 1 онкогена V-RAF 1,6 0,0065 1,6 0,0046
- V. Укладка белков, везикулярный транспорт и стрессорный отклик
HSPA8 Шаперон А8, белок теплового шока 70kD, тип А8 2,6 0,021 4,5 0,0012
HSP40 Шаперон 1, белок теплового шока 40kD, тип 1 1,7 0,00005 2,0 0,0001
GDI1 Регулятор везикулярного транспорта белков 1,3 0,018 1,4 0,025
GDI2 Регулятор везикулярного транспорта белков 2,8 0,0036 3,5 0,0084
IGF2R CD222. Внутриклеточный и внеклеточный рецептор инсулиноподобного фактора 2 и манозо-6-фосфата, направляющий дефектные белки из аппарата Гольджи и внеклеточной жидкости в лизосомы 1,6 0,03 1,4 0,043
- VI. Поддержание окислительно-восстановительного потенциала
GLRX Глютаредоксин 4,0 0,0008 4,6 0,0009
VII. Регуляция трансляции и биосинтеза белков
NAT1 EIF4G2, Фактор инициации трансляции 1,4 0,03 1,9 0,0025
Fte-1 Рибосомальный белок S3a 2,7 0,008 3,7 0,088
VIII. Катаболизм глюкозаминогликанов
G6S N-ацетил глюкозоамин-6-сульфатаза 1,9 0,003 1,7 0,015
Примечание. Кратность (К) изменения уровня экспрессии гена для данной группы по отношению к контрольной группе доноров. Стрелка вверх () означает усиление экспрессии, вниз (Ш) – ее ослабление. Достоверность отличий от контроля охарактеризована стандартой величиной р-уровня. Более полное функциональное описание генов может быть получено в базах данных GOA http://www.ebi.ac.uk/GOA/, HPDR http://www.hprd.org/, GENE locus http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query. fcgi?db=PubMed
Рис. 1. Гистограмма усредненных значений экспрессии генов в лейкоцитах крови пациентов с АГ по отношению к тем же величинам у здоровых лиц. Гистограмма дана в логарифмической шкале и выражена как кратность изменения уровня экспрессии каждого гена.
Рис. 2. Двухмерное кластерирование данных по экспрессии 26 генов в лейкоцитах крови 20 пациентов с АГ и 10 здоровых лиц. Кластерированию подвергался весь набор логарифмированных по основанию 2 данных ОТ-ПЦР, нормированных погенно на усредненную величину интенсивности полос ОТ-ПСР данного гена для всех доноров. Никакой последующей центровки или нормировки данных не производилось. Для расчета меры несходства узлов дерева использовалось эвклидово расстояние и коэффициент корреляции Пирсона. Цветовая шкала, приведенная на врезке, соответствует отношению уровня экспрессии данного гена и данного индивида к среднему для всех доноров по данному гену. Красные квадраты соответствуют увеличению экспрессии в 10 раз и более по сравнению с нормой, зеленые – уменьшению ее в 10 раз и более по сравнению с нормой. Гены обозначены символами в соответствии с табл. 2, пациенты – в соответствии с табл. 1. Индекс “v” – соответствует пациентам, принимавшим валсартан; индекс “a” – амлодипин. Отсутствие индекса означает отсутствие лечения на момент взятия крови. Римские цифры соответствуют стадии ГБ. Шкалы коэффициентов корреляции генов и пациентов отвечают корреляции для узлов дерева.
Две независимые группы исследователей обнаружили соответственно 2470 и 1560 генов, изменявших свою транскрипцию в сравниваемых группах конгенных крыс в ответ на изменение солевой диеты, сопровождающееся изменением АД. Из них только 7 и 14 генов, соответственно, были локализованы в затронутых зонах первой хромосомы BP_SS1b и BP_SS1a чувствительной к соли линии, и ни один из них не входит в список 75-150 генов-кандидатов, определяющих гомеостаз АД [33, 34].
Подход, использованный в таких исследованиях по всем 16 зонам, увеличивает список генов-кандидатов в качестве генов-участников процессов регуляции АД до 265, но, к сожалению, в основном за счет генов с неизвестной функцией. В аналогичном исследовании, но с заменой целой 13-й хромосомы, обнаруживали изменения в транскрипции 60 генов в медуллярной зоне почки, 45 из которых имеют определенную функцию и локализацию в геноме, но только один из них кодируется замененной хромосомой и не входит в список 150 генов-кандидатов, влияющих на регуляцию АД [35].
Здесь необходимо отметить, что полный список генов (около 3000), транскрипция которых изменяется под действием солевой диеты и/или в результате замещения части хромосомы, включает в себя гены, входящие в список 75-150 функциональных генов-кандидатов, влияющих на регуляцию АД. Однако мутированные гены, определяющие наследуемый признак зависимой от соли АГ, кодированные в переносимых участках хромосом, всегда оказываются вне этого списка. Интересно, что обратное для этих генов тоже верно. Мутации и функциональные полиморфизмы, влияющие на свойства или продукцию кодируемых ими белков, не коррелируют c АГ и, соответственно, встречаются одинаково часто у здоровых людей и больных АГ.
Это, вероятно, свидетельствует о том, что даже основные гены, продукты которых несомненно участвуют в процессах регуляции АД, еще не до конца выявлены. Хорошей иллюстрацией этого утверждения является анализ активности и полиморфизма гена ангиотензинпревращающего фермента (АПФ), одного из ключевых звеньев системы регуляции АД и одной из наиболее популярных в течение последних десятилетий мишеней для лекарственной терапии АГ. Интересно, что другой фермент, в той же мере участвующий в метаболизме ангиотензина – АПФ2 (он же рецептор вируса атипичной пневмонии), – до последних лет вообще не рассматривался в качестве участника в системе регуляции АД. Для АПФ2, так же как и для АПФ, субстратом являются ангиотензин I и дополнительно еще desArg брадикинин и ангиотензин II, так что суммарный эффект от АПФ2, в противоположность действию АПФ, сводится к снижению АД [36]. В той же степени недооцененными оказались гены факторов транскрипции и факторов, обеспечивающих межклеточную коммуникацию, и их рецепторов. То же самое относится и к металлопротеиназам и сериновым протеазам. Именно эти гены изменяют экспрессию в ответ на солевую диету или применение диуретиков в экспериментах на животных.
Наконец, следует отметить, что у трансгенных мышей, не имевших активного гена урокиназы, АД неожиданно оказалось сниженным. Находка, которая может привести к неизвестному еще механизму регуляции АД, возможно, связанному со способностью тканевого активатора плазминогена расщеплять NMDA-рецептор.
Другая причина несовпадения списка генов, кодирующих наследуемую чувствительную к соли АГ, и списка генов, участвующих в регуляции АД, но не определяющих наследования АГ как болезни, возможно, заключается в том, что последние относятся к генам, кодирующим исполнительные механизмы, обеспечивающие поддержание АД, и их малоэффективная работа может быть компенсирована увеличением концентрации продуктов этих генов.
В свете проведенного за последние годы широкого скрининга генов-кандидатов на непосредственное участие в регуляции АД и значительного расширения этого списка следует ожидать смещения интереса исследователей, занимающихся изучением полиморфизма генов и разработкой новых лекарственных средств, от исполнительных механизмов к регуляторным. Ранее исследования были сосредоточены вокруг ренин-ангиотензин-альдостероновой системы, адренергической системы, системы ионных каналов, кинин-калликреиновой и фибриногеновой систем. Новыми мишенями, вероятно, станут наряду с другими и ферментные системы метаболизма триптофана, определяющие синтез серотонина, мелатонина, глицина, глутаминовой кислоты и кинуреновой кислоты (кинурената) и связанных с ними рецепторов – никотиновых, серотониновых и глутаматных.
Транскриптом клеток крови. Особняком стоят исследования изменения картины экспрессии генов в лейкоцитах крови больных АГ. Таких работ в связи с ГБ пока опубликовано только две. Это работа H.Сhon и соавт. [37] и наше недавнее сообщение [38]. Основная задача, которая решалась в этих работах, не связана напрямую с проблемой персонализации лечения, а скорее с вопросом, в какой степени изменения в экспрессии генов в лейкоцитах периферической крови больных АГ являются обратимыми в результате лечения, а также могут ли такие изменения служить маркерами заболевания и средством мониторирования хода лечения болезни.
Каким образом транскриптом клеток крови может быть связан с АГ? В патогенезе поражения органов-мишеней при АГ большую роль играют клеточные механизмы. Гемодинамическое воздействие повышенного АД на сосудистую стенку запускает внутриклеточные сигнальные пути, в норме предназначенные для проведения сигналов от рецепторов ростовых факторов [39-43]. В результате активируются такие клеточные реакции, как воспаление, пролиферация и апоптоз [44]. Недавно было показано, что аналогичные изменения в ответ на механические стимулы происходят не только в сосудистой стенке, но и в клетках крови [45-47], что приводит к активации лейкоцитов, продукции ими активных форм кислорода и инициации неспецифического воспаления в сосудистой стенке с повреждением ее эндотелия [48]. Показано, что лейкоциты, выделенные из крови больных АГ, активнее продуцируют супероксид-анион, чем лейкоциты, взятые из крови здоровых лиц; в то же время уровень восстановленного глутатиона в крови у первых в 2 раза выше, чем у вторых, что свидетельствует о наличии системного окислительного стресса [49]. Большинство внутриклеточных сигнальных путей влияет на экспрессию определенных генов. Поэтому анализ экспрессионной активности этих генов в лейкоцитах может указать на особенности лейкоцитарного микроокружения. Наконец, какова бы ни была причина возникновения устойчивой АГ, наличие ее всегда коррелирует с возникновением и усугублением структурных изменений сосудистой стенки – атерогенезом, который в свою очередь, замыкая петлю обратной связи, становится независимым от первичной причины источником развития АГ. При этом реализация такого механизма усугубления патологии может привести к рефрактерности больного к первоначально эффективным лекарствам.
Одной из причин возникновения структурных изменений сосудов при АГ является воспалительная инфильтрация сосудистой стенки активированными клетками крови, приводящая к снижению эластических свойств сосудов, ускорению атерогенеза, активации свертывающей системы, и, следовательно, к увеличению риска сердечно-сосудистых осложнений у больных АГ.
Очевидно также, что клетки крови должны реагировать и на лекарственную терапию. Эти обстоятельства и определяют выбор лейкоцитов периферической крови в качестве объекта исследования при АГ и реакции организма на АГТ. Хотя лейкоциты и не могут сами по себе быть ответственными за развитие АГ, но изменение их транскриптома может служить, с одной стороны, показателем эффективности лекарственной терапии, а с другой – ее объектом, так как целью терапии должно быть не только снижение АГ, но и восстановление нормального, не “воспаленного” статуса лимфоцитов периферической крови.
Для выявления у больных АГ генов с измененной экспрессионной активностью (по сравнению с их активностью у здоровых доноров) в обоих случаях был применен метод транскрипционных матриц, позволяющий анализировать экспрессию нескольких тысяч генов одновременно. Обе работы носят характер пилотного исследования с числом пациентов в группах не более 7. Нашей задачей было выявление общих для всех больных АГ изменений активности генов, не зависящих от стадии болезни и проводимого лечения, поэтому мы не применяли жесткие критерии при отборе пациентов. H.Chon и соавт. исключали данные больных, у которых в результате лечения не нормализовался уровень АД и имелись признаки повреждения органов и сопутствующих заболеваний сердечно-сосудистой системы или почечной недостаточности и метаболического синдрома. Было отмечено изменение активности 680 генов, большая часть из которых показывала корреляцию с полом. После лечения ингибиторами АПФ (3 человека) или b-блокаторами (3 человека) уровень экспрессии почти всех генов нормализовался. Изменения активности 10 цитокиновых генов, 4 генов рецепторов серотонина, гена рецептора ангиотензина II и гена эндотелинпревращающего фермента были подтверждены сопряженной реакцией обратной транскрипции и ПЦР (ОТ-ПЦР). Авторы отметили сходство наблюдаемых изменений в экспрессии генов с таковыми при атеросклерозе. К сожалению, разброс результатов по отдельным больным и здоровым донорам не может быть оценен, так как авторы не привели в статье оригинальных данных по каждому пациенту.
В нашем исследовании мы обнаружили у больных АГ около 80 генов (из 2500 исследованных) с достоверно измененной транскрипцией, т.е. примерно ту же долю (около 3%), что и H.Chon и соавт. [37], хотя в нашей выборке больных только двое соответствовали выборке в их работе (ГБ I стадии).
Для анализа профиля экспрессии генов мы использовали РНК, выделенную из лейкоцитарной фракции крови больных ГБ. У 2 больных АГ носила транзиторный характер (ГБ I стадии), у 7 была II стадия ГБ, у 11 больных – III стадия ГБ. На момент взятия крови 7 больных не получали АГТ, остальные 13 принимали либо валсартан – блокатор рецепторов ангиотензина II, либо амлодипин – блокатор кальциевых каналов (табл. 1). Всех включенных в исследование разделили на 3 группы: больные АГ, не получавшие лечения до момента взятия крови (1), больные АГ, получавшие лечение (2), здоровые доноры (3). Образцы РНК от испытуемых каждой группы смешивали в равных пропорциях. Полученные смеси индивидуальных образцов РНК, характеризующие каждую группу в целом, анализировали в дальнейшем методом транскрипционных матриц. Полученные результаты подвергали статистической обработке с целью выявить гены, уровень экспрессии которых у больных АГ достоверно отличался бы от уровня у здоровых лиц независимо от наличия или отсутствия лечения. Таким образом выявили 80 генов с измененной экспрессией, из которых для дальнейшего изучения выбрали 40 (экспрессия 31 гена усилена, 9 ослаблена по сравнению с их экспрессией у здоровых). Экспрессию каждого из генов, выявленных в пулированных образцах крови, в дальнейшем исследовали методом ОТ-ПЦР в индивидуальных образцах РНК. Результаты, отражающие содержание мРНК каждого гена у конкретного пациента, усредняли для каждой группы. Эти данные сопоставляли с результатами, полученными с помощью гибридизации на транскрипционных матрицах. Совпадение результатов, полученных двумя методами, отмечено для 25 генов. В табл. 2 приводятся результаты для этих 25 генов.
Анализ результатов, приведенных на рис. 1, показывает, что по сравнению с нормой активность системы генов, ответственных за апоптоз, воспалительный ответ, пролиферацию, внутриклеточный транспорт, клеточный стресс, поддержание окислительно-восстановительного равновесия в клетке, увеличена. Это может служить указанием на общее усиление метаболических процессов и активности клеток крови при АГ. Прoтивоположно направленое изменение экспрессии внутри пар генов хемокиновых рецепторов CXCR4 и CX3CR1 и фосфатаз PAC-1 и PYST-1 может свидетельствовать об ослаблении процессов дифференцировки поступающих в кровь незрелых клеток и усилении воспалительных процессов и апоптоза.
Учитывая важную роль в патогенезе АГ процессов неспецифического воспаления сосудистой стенки, у больных АГ прежде всего обращает на себя внимание усиление экспрессии генов, вовлеченных в воспалительный ответ. К их числу относится, например, ген CAGC, продукт которого – связывающий кальций белок S100А12 – непосредственно вызывает активацию эндотелиальных клеток, моноцитов и лимфоцитов, что индуцирует экспрессию ими ряда провоспалительных цитокинов (IL-1b, TNF-a) и молекул адгезии. Кроме того, обнаружено разнонаправленное изменение экспрессии генов рецепторов хемокинов CXCR4 (ослабление) и CX3CR1 (усиление). Рецептор CXCR4 широко представлен на поверхности моноцитов, В-лимфоцитов и большинства субпопуляций Т-лимфоцитов и лишь изредка обнаруживается на поверхности NK-клеток (естественных киллеров). В то же время CX3CR1 в основном локализуется на мембране естественных киллеров, макрофагов и цитотоксических Т-лимфоцитов. В отличие от CXCR4 и других хемокиновых рецепторов связь CX3CR1 со своим лигандом осуществляется без участия интегринов, что обеспечивает захват лейкоцитов сосудистой стенкой даже при высоких скоростях кровотока. Таким образом, у больных АГ увеличение экспрессии в лейкоцитах CX3CR1 и ослабление CXCR4 может обеспечивать усиленную адгезию к эндотелию и миграцию в сосудистую стенку естественных киллеров и цитотоксических Т-лимфоцитов, что является одним из ключевых механизмов повреждения сосудистой стенки при АГ.
Процессы ремоделирования тканей при АГ в значительной степени связаны с такими клеточными реакциями, как пролиферация, дифференцировка и апоптоз, в регуляции которых важнейшую роль играет внутриклеточный сигнальный каскад МАР-киназ. Нами у больных АГ было выявлено изменение активности генов, кодирующих два основных ингибитора МАР-киназ – PAC-1 и PYST-1. Продукты экспрессии этих генов специфически инактивируют определенные ферменты МАР-киназного каскада. Белок PYST-1 (DUSP6) инактивирует МАР-киназы ERK-1 и ERK-2, однако не действует на такие компоненты каскада, как JNK/SAPK и p38, которые специфически инактивируются другими ферментами – PAC-1 (DUSP2) и DUSP1. В лейкоцитах, взятых от больных АГ, мы обнаружили значительное усиление экспрессии PYST-1, что может приводить к подавлению активности МАР-киназ ERK1/2 (MAPK1, MAPK3), отвечающих за проведение сигналов от рецепторов ростовых факторов, стимулирующих пролиферацию и дифференцировку клеток. Уровень же экспрессии РАС-1 был, напротив, снижен, несмотря на увеличение экспрессии p53, активирующего транскрипцию РАС1. Это может способствовать усилению активности МАР-киназ JNK/SAPK и p38, которые активируются стрессом и контролируют продукцию провоспалительных цитокинов и вступление клетки в апоптоз. Такая особенность экспрессии генов PYST-1 и РАС-1 у больных АГ, приводящая к смещению баланса внутриклеточных сигнальных каскадов и в конечном счете к изменению поведения клетки, может лежать в основе процессов, ответственных за поражение органов-мишеней при АГ. Нами также было обнаружено усиление экспрессии генов, кодирующих ферменты апоптотического каскада (каспазы 2, 4, и 8, белок р53 и др.), что подтверждает наши предположения об усилении апоптотических процессов в лейкоцитах при АГ, в том числе вследствие изменения активности генов PYST-1 и РАС-1.
Причиной усиленного апоптоза лейкоцитов при АГ могут быть и нарушения системы белков теплового шока. Относящиеся к этой группе белки Hsp70 и Hsp40 отвечают за правильное формирование третичной структуры большинства цитозольных белков. Нарушение функции этой системы приводит к накоплению в клетке белков со структурными дефектами, которые часто способны к спонтанной агрегации, токсичны для клетки и могут приводить к клеточной гибели. С другой стороны, известна роль Hsp70 как важного фермента антиоксидантной защиты. В лейкоцитах у больных АГ нами было выявлено снижение экспрессии Hsp40 и увеличение экспрессии Hsp70, что наряду с усилением экспрессии гена глутатион-пероксидазы – ключевого фермента антиоксидантной защиты клетки – может отражать компенсаторные изменения, направленные на противодействие оксидативному стрессу, роль которого в патогенезе АГ также хорошо известна. В частности, процессы свободнорадикального окисления инактивируют продуцируемый эндотелием оксид азота и стимулируют пролиферацию гладкомышечных клеток сосудистой стенки. Индивидуальная реакция больных на использованную терапию может быть прослежена по данным, представленным на рис. 2.
Видно, что разброс уровня экспрессии генов у здоровых лиц значительно меньше, чем у больных. Все пациенты четко разделяются на пять кластеров в соответствии с наличием или отсутствием заболевания и способом лечения. Здоровые лица относятся к кластеру 3 (кроме № 5). Нелеченые пациенты – к кластеру 1b, леченные валсартаном – к кластеру 1а, а леченные амлодипином – к кластерам 1с и 2. Все гены, принадлежащие кластеру 2, независимо от лечения характеризуются пониженной экспрессией у больных АГ, тогда как гены, принадлежащие кластеру 3, – повышенной экспрессией. Экспрессия генов кластеров 4, 5 и 6, повышенная у больных АГ, имеет тенденцию к снижению при лечении амлодипином, но не меняется при лечении валсартаном.
На основании результатов, полученных в этих двух пилотных исследованиях, можно заключить, что изучение транскриптома клеток крови при ГБ полезно для мониторирования течения болезни. Может быть выбран ограниченный набор генов, наиболее информативных для такого мониторирования. Для этого требуются дополнительные исследования с более тщательным подбором больных и более широким выбором средств лечения.
Литература
- Shastry BS. Genetic diversity and new therapeutic concepts. J Hum Genet 2005; 50: 321-8.
- Ament PW, Bertolino JG, lliszewski JL. Clinically significant drug interactions. Am Fam Physician 2000; 61: 1745-54.
- Gandhi TK, Weingart SN, Borus J et al. Adverse drug events in ambulatory care. N Engl J Med 2003; 348: 1556-64.
- Dormann H, Neubert A, Criegee-Rieck M et al. Readmissions and adverse drug reactions in internal medicine: the economic impact. J Inttions in internal medicine: the economic impact. J Intern Med 2004; 255: 653-63.
- Lazarou J, Pomeranz BH, Corey PN. Incidence of adverse drug reactions in hospitalized patients. JAMA 1998; 297: 1200-5.
- Muehlberger N, Schneeweiss S, Hasford J. Adverse drug reaction monitoring cost and benefit consideration:frequency of adverse drug reactions causing hospital admissions. Pharmacoepidemiol Drug Saf 1997; 6: S71-7.
- Sadee W, Dai Z. Pharmacogenetics/genomics and personalized medicine. Human Molecular Genetics 2005; 14: R207-14.
- Freeman K. Toxicogenomics data: the road to acceptance. Environ Health Perspect 2004; 112: A678-85.
- Leighton JK, Brown P, Ellis A et al. Workgroup report: review of genomics data based on experience with mock submissions-view of the CDER pharmacology toxicology nonclinical pharmacogenomics subcommittee. Environ Health Perspect 2006; 114: 573-8.
- Hayes KR, Vollrath AL, Zastrow GM et al. EDGE: A centralized resource for the comparison, analysis, and distribution of toxicogenomic information. Mol Pharmacol 2005; 67: 1360-8.
- Yamayoshi Y, Iida E, Tanigawara Y. Cancer pharmacogenomics: international trends. Int J Clin Oncol 2005; 10: 5-13.
- Lee W, Lockhart AC, Kim RB, Rothenberg ML. Cancer pharmacogenomics: powerful tools in cancer chemotherapy and drug discovery. Oncologist 2005; 10: 104-11.
- Kajinami K, Akao H, Polisecki E, Schaefer EJ. Pharmacogenomics of statin responsiveness. Am J Cardiol 2005; 96: 65K-70K.
- Liljedahl U, Kahan T., Malmqvist K et al. Single nucleotide polymorphisms predict the change in left ventricular mass in response to antihypertensive treatment. J Hypertens 2004; 22: 2321-8.
- Shah R, Darne B, Atar D et al. Pharmacogenomics in cardiovascular clinical trials. Fundam Clin Pharmacol 2004; 18: 705-8.
- Siest G, Jeannesson E, Berrahmoune H et al. Pharmacogenomics and drug response in cardiovascular disorders. Pharmacogenomics 2004; 5: 779-802.
- Winkelmann BR, Marz W, Boehm BO et al. Rationale and design of the LURIC study-a resource for functional genomics, pharmacogenomics and long-term prognosis of cardiovascular disease. Pharmacogenomics 2001; 2: S1-73.
- Shah J. Criteria influencing the clinical uptake of pharmacogenomic strategies. BMJ 2004; 328: 1482-6.
- Mehraban F, Tomlinson JE. Application of industrial scale genomics to discovery of therapeutic targets in heart failure. Eur J Heart Fail 2001; 3: 641-50.
- Schelleman H, Stricker BH, De Boer A et al. Drug-gene interactions between genetic polymorphisms and antihypertensive therapy. Drugs 2004; 64: 1801-16.
- Le Bouter S, El Harchi A, Marionneau C et al. Long-term amiodarone administration remodels expression of ion channel transcripts in the mouse heart. Circulation 2004; 110: 3028-35.
- Trotta R, Donati MB, Iacoviello L. Trends in pharmacogenomics of drugs acting on hypertension. Pharmacol Res 2004; 49: 351-6.
- Arnett DK, Claas SA, Glasser SP. Pharmacogenetics of antihypertensive treatment. Vascul Pharmacol 2006; 44: 107-18.
- Turner ST, Schwartz GL, Chapman AB et al. Antihypertensive pharmacogenetics: getting the right drug into the right patient. J Hypertens 2001; 19: 1-11.
- Cadman PE, O’Connor DT. Pharmacogenomics of hypertension. Curr Opin Nephrol Hypertens 2003; 12: 61-70.
- Schelleman H, Stricker BH, Verschuren WM et al. Interactions between five Candidate genes and antihypertensive drug therapy on blood pressure. Pharmacogenomics J 2006; 6: 22-6.
- Filigheddu F, Troffa C, Glorioso N. Pharmacogenomics of essential hypertension: are we going the right way? Cardiovascular Hematological Agents Med Chemist 2006; 4: 7-15.
- Mein CA, Caulfield MJ, Dobson RJ, Munroe PB. Genetics of essential hypertension. Human Molecular Genetics 2004; 13: R169-75.
- Arnett DK, Davis BR, Ford CE et al. Hypertension-Associated Treatment (GenHAT) Study relation to antihypertensive treatment: the genetics of insertion/deletion polymorphism on blood pressure and cardiovascular risk in pharmacogenetic association of the angiotensin-converting enzyme. Circulation 2005; 111: 3374-83.
- Минушкина Л.О., Затейщиков Д.А., Сидоренко Б.А. Индивидуальная чувствительность к антигипертензивным препаратам: генетические аспекты. Кардиология. 2005; 7: 58-65.
- Mellen PB, Herrington DM. Pharmacogenomics of blood pressure response to antihypertensive treatment. J Hypertens 2005; 23: 1311-25.
- Halushka MK, Fan JB, Bentley K et al. Patterns of single-nucleotide polymorphisms in Candidate genes for blood-pressure homeostasis. Nature Genetics 1999; 22: 239-47.
- Joe B, Letwin NE, Garrett MR, Dhindaw S et al. Transcriptional profiling with a blood pressure QTL interval-specific oligonucleotide array Physiol Genomics 2005; 23: 318-26.
- Yagil С, Hubner N, Monti J et al. Identification of hypertension-related genes through an integrated genomic-transcriptomic approach. Circ Res 2005; 96: 617-25.
- Mingyu L, Yuan B, Rute E et al. Renal medullary genes in salt-sensitive hypertension: a chromosomal substitution and cDNA microarray study. Physiol Genomics 2002; 8: 139-49.
- Danilczyk U, Eriksson U, Crackower MA, Penninger JM. A story of two ACEs. J Mol Med 2003; 81: 227-34.
- Chon H, Gaillard CAJM, van der Meijden BB et al. Broadly altered gene expression in blood leukocytes in essential hypertension is absent during treatment. Hypertension 2004; 43: 947-51.
- Timofeeva AV, Goryunova LE, Khaspekov GL et al. Altered gene expression pattern in peripheral blood leukocytes from patients with arterial hypertension. Ann NY Acad Sci 2006; 1091: 319-35.
- Lifton RP, Gharavi AG, Geller DS. Molecular mechanisms of human hypertension. Cell 2001; 104: 545-56.
- Olsen MH, Wachtell K, Hermann KL et al. Is cardiovascular remodeling in patients with essential hypertension related to more than high blood pressure? Am Heart J 2002; 144: 530-7.
- Plante GE. Vascular response to stress in health and disease. Metabolism 2002; 51: 25-30.
- Dao HH, Martens FM, Lariviere R et al. Transient involvement of endothelin in hypertrophic remodeling of small arteries. J Hypertens 2001; 19: 1801-12.
- Van Zwieten PA. The role of angiotensin II receptors and their antagonists in hypertension. Ann Ital Med Int 2000; 15: 85-91.
- Shaw A, Xu Q. Biomechanical stress-induced signaling in smooth muscle cells: an update. Curr Vasc Pharmacol 2003; 1: 41-58.
- Stevenson JR, Westermann J, Liebmann PM et al. Prolonged alpha-adrenergic stimulation causes changes in leukocyte distribution and lymphocyte apoptosis in the rat. J Neuroimmunol 2001; 120: 50-7.
- Hahn AW, Jonas U, Buhler FR, Resink TJ. Activation of human peripheral monocytes by angiotensin II. FEBS Lett 1994; 347: 178-80.
- Ohki R, Yamamoto K, Mano H et al. Identification of mechanically induced genes in human monocytic cells by DNA microarrays. J Hypertens 2002; 20: 685-91.
- Smedly LA, Tonnesen MG, Sandhaus RA et al. Neutrophil-mediated injury to endothelial cells. J Clin Invest 1986; 77: 1233-43.
- Kristal B, Shurtz-Swirski R, Chezar J et al. Participation of peripheral polymorphonuclear leukocytes in the oxidative stress and inflammation in patients with essential hypertension. Am J Hypertens 1998; 11: 921-8.
Комментарии
Это HTML версия файла http://www.vetseminar.ru/docs/articles/37.doc.
G o o g l e автоматически создает HTML версии документов при сканировании Интернета.
ВЕТЕРИНАРНЫЕ ПРЕПАРАТЫ КОМПАНИИ «БАЙЕР» –
ВКЛАД В ДЕЛО РАЗВИТИЯ СВИНОВОДСТВА В РОССИИ
Е.Д.Васин, кандидат ветеринарных наук, компания «Байер»
Выращивание здорового поголовья свиней, кроме правильного содержания сбалансированного кормления, предусматривает использование различных медикаментов для профилактики и лечения всевозможных заболеваний свиней. Ветеринарные препараты фирмы «БАЙЕР» (Германия) уже давно используются как в мировом, так и отечественном свиноводстве.
Широко используется в свиноводстве антимикробный препарат Байтрил (действующее вещество – энрофлоксацин из группы фторхинолонов), обладающий широким спектром антибактериального и антимикоплазменного действия. В свиноводстве Байтрил применяется для лечения респираторных и желудочно-кишечных заболеваний, энзоотической пневмонии, атрофического ринита, диспепсии, колибактериоза, пастереллеза, сальмонеллеза, микоплазмоза, отечной болезни, синдрома мастит-метрит-агалактии (ММА), инфекций почек и мочевыводящих путей. Препарат выпускается в виде 5% и 10% иньекционных растворов и применяется внутримышечно один раз в сутки в дозе: 1 мл на 20 кг массы животного для 5% р-ра и 1 мл на 40 кг для 10% р-ра в течение 3-5 дней, при лечении ММА синдрома свиноматок – в течение 1-2 дней.
Для одновременной борьбы с гельминтозами и эктопаразитарными заболеваниями свиней рекомендован к применению высокоэффективный эндэктоцидный препарат Баймек (действующее вещество – ивермектин). Препарат выпускается в виде 1% р-ра для инъекций и применяется однократно подкожно или внутримышно в дозе 1 мл на 33 кг живой массы животного для борьбы с такими заболеваниями, как аскаридоз, эзофагостомоз, стронгилоидоз, трихоцефалез, метастронгилез, стефануроз, саркаптоз, гематопиноз и др.
Важным моментом при выращивании свиней является профилактика различных стрессовых факторов, которые вызывают нарушение обмена веществ у животных и как следствие приводят к различным заболеваниям. Различают кормовые, технологические, физические, химические, биологические, транспортные, травматические и другие стрессы. Наиболее чувствительны к действиям различных стрессовых факторов поросята. Учитывая эти проблемы, фирма «БАЙЕР» предложила к использованию в свиноводстве препарат Катозал – уникальный стимулятор обмена веществ, снижающий влияние стрессфакторов, улучшающий развитие и продуктивность животных. Препарат выпускается в виде 10 % раствора для инъекций, содержит бутафосфан, цианкобаламин и вспомогательные компоненты. Эти вещества оказывают стимулирующее действие на все ассимиляционные процессы, являются источником энергетического обмена в клетках организма, участвуют в кроветворных процессах, восстанавливают функцию печени, участвуют в формировании креатина, обмене жирных и карбоновых кислот, воздействуя на стресс-гормоны, улучшают общее состояние организма во время стресса. Кроме того, Катозал стимулирует метаболические процессы, помогает восстановлению мышечной активности, активизирует регенерацию тканей, повышает общую резистентность организма, положительно влияет на репродуктивную функцию, родовой процесс, способствует лучшему усвоению пищи и общему развитию организма. Катозал применяется однократно в виде внутримышечных, подкожных или внутривенных инъекций в следующих дозах (мл на животное): поросята-сосуны 1-2,5 мл, откормочные свиньи 2,5-10 мл, свиноматки и хряки 10-20 мл. С целью улучшения репродуктивной функции у хряков и свиноматок препарат применяют за 1-2 суток до спаривания. Для профилактики послеродовых осложнений и успешного проведения опороса с целью получения здорового приплода Катозал применяют свиноматкам за 2 недели до и непосредственно перед опоросом. Поросятам для снятия стресс-факторов и профилактики желудочно-кишечных заболеваний препарат применяют сразу перед или после отъема от свиноматки, а также при переводе в станки для группового содержания. Катозал рекомендуется применять с целью профилактики и лечения нарушений обмена веществ разной этиологии (несбалансированное кормление, плохие условия содержания, различные заболевания), для повышения общей резистентности организма, снижения иммунодепрессорного влияния антибиотикотерапии и вакцинаций, стимуляции работы печени при отравлениях, лечения анемии и недостатка витаминов группы Б, для предотвращения каннибализма у свиней при откорме, а также в качестве поддерживающей терапии при ММА-синдроме свиноматок и других бактериальных и вирусных инфекциях.
Важную роль в свиноводстве играют мероприятия по очистке и дезинфекции свиноводческих помещений (бактерицидная, фунгицидная, противовирусная обработка). Для этих целей компания «БАЙЕР» предлагает использовать дезинфектант Делеголь, состоящий из 3 действующих веществ (парахлорметакрезол, ортофенилфенол и глютаровый альдегид) обладающих синергическим действием, что делает препарат более эффективным, чем формальдегид. Препарат уничтожает на обрабатываемых поверхностях все грамотрицательные и грамположительные бактерии, микоплазмы, вирусы, грибы и их споры. Легко растворяется в воде независимо от ее температуры и жесткости. В зависимости от степени загрязненности или вида проводимой дезинфекции готовят водный рабочий раствор препарата в разведении 1:200 – 1:100 (0,5% – 1% р-р), который при помощи оборудования для разбрызгивания распределяют по обрабатываемой поверхности из расчета 200-300 мл/м2.
Для борьбы с крысами и мышами являющимися источниками или переносчиками различных инфекционных заболеваний и наносящих значительный экономический ущерб в хозяйствах фирма рекомендует использовать различные формы родентицидов позволяющие уничтожать грызунов во всех ареалах их обитания.
РакуминÒ – высокоэффекивный родентицид, действующее вещество – куматетралил, обладает антикоагулянтным механизмом действия. Представляет собой порошок голубого цвета. Применяется для приготовления отравленных приманок, а также пригоден для бесприманочных методов борьбы путем опыливания мест постоянного передвижения грызунов и пропыливания материалов для тампонирования нор. Попадая в организм, препятствует свертыванию крови, а также повышает проницаемость стенок кровеносных сосудов. Гибель грызунов наступает от внутренних кровоизлияний обычно на 3-8 день после поедания приманки без признаков боли. Благодаря постепенному началу действия препарата грызуны не способны установить связь между признаками отравления и приманкой, а резко выраженные кумулятивные свойства действующего вещества усиливают летальный эффект при дальнейшем ее поедании. Приманку готовят путем перемешивания Ракумина с пищевой основой в соотношении 1:19 соответственно. Рекомендуется обязательно вводить в состав приманки в качестве аттрактанта 5-10% сахара. Приманку раскладывают в местах обитания грызунов на подложки из расчета 2-4 столовые ложки в порции для крыс и 0,5-1 столовая ложка для мышей.
РаттидионÒ – готовая к применению родентицидная приманка на основе действующего вещества (0,005% бромадиолон) – антикоагулянта второго поколения для истребления крыс и мышей в помещениях и на складах. Представляет собой мягкие (тесто-сырные) брикеты желтого цвета. Удобная фасовка (брикет 10 -12гр.) облегчает правильное дозирование. Крысы и мыши любят мягкую пищу, поэтому поедаемость приманки близка к 100%. Для достижения результата достаточно одной обработки. Норма расхода: мыши- 1 брикет, крысы- 2-3 брикета.
ВаратÒ – готовая к применению родентицидная приманка на основе действующего вещества (0,005% бродифакум) – антикоагулянта второго поколения для борьбы с крысами и мышами, а также защиты зерновых культур от полевок и других грызунов. ВаратÒ представляет собой прессованные гранулы-пеллеты розового цвета на зерновой основе устойчивые к атмосферным воздействиям (не размокают, не плесневеют, не теряют привлекательности). Приманка просто раскладываются на обрабатываемых объектах (норма расхода: мыши – 5 – 10 г, крысы – 20 – 50 г) Для борьбы с полевками раскладка приманки осуществляется по 10-20 г в каждую отдельно расположенную нору или одну из 2-3 близко расположенных нор. Норма расхода: до 2-3 кг/га при высокой заселенности – 15-30 колоний на гектар (200 – 400 нор/га) и до 1,5-2 кг/га при низкой заселенности – до 10 колоний на гектар (100 нор/га).
Грызунит-экстра блок – готовая к применению родентицидная приманка в виде твердых восковых (10 г) брикетов синего цвета на основе действующего вещества (0,005% бродифакум). Обладает высокой биологической активностью в отношении серых крыс и домовых мышей, устойчива к атмосферным воздействиям (не размокает, не плесневеет, не теряет привлекательности). Применяется на застроенных территориях различных населённых пунктов. Пригодна для сухих и влажных помещений, канализационной сети, подвалов, погребов, подземных сооружений. Используется для истребления грызунов даже в помещениях с высокой влажностью или низкой температурой. Норма расхода: мыши – 1 брикет, крысы – 2-3 брикета.
С мухами, которые могут быть переносчиками различных инфекционных заболеваний и являться причиной беспокойства свиней, компания «БАЙЕР» рекомендует бороться с помощью препаратов ФлайБайт и КвикБайт. ФлайБайт – готовая инсектицидная приманка для уничтожения мух в помещении на основе метомила (группа карбаматов) и цистрикозена – полового феромона мух, обеспечивающего привлечение мух к приманке. ФлайБайт представляет собой мелкие гранулы желтого цвета, которые можно раскладывать в свиноводческих помещениях на подоконники или другие поверхности, привлекающие мух. Норма расхода препарата составляет 2,5 г на 1 приманочную станцию. Инсектицидное действие приманки проявляется через 5-10 минут и сохраняется в течение 2-3 месяцев.
Препарат КвикБайт так же, как и препарат ФлайБайт, представляет собой готовую сухую гранулированную приманку, предназначенную для уничтожения мух в помещениях, но выпускается в виде гранул розового цвета. Препарат содержит те же вспомогательные компоненты, что и ФлайБайт (битрекс и мускалюр).
Отличительной особенностью препарата КвикБайт является содержащееся в нем принципиально новое действующее вещество – имидаклоприд 0,5% (группа неоникотиноидов), обладающее более высоким токсическим действием на мух. Приманка применяется в виде гранул или пасты (при растворении гранул в воде), однако норма расхода препарата КвикБайт на подложки составляет только 1,75 г/м2, что в 1,5 раза меньше, чем у препарата ФлайБайт.
В заключение хочется добавить, что постоянный рост ассортимента высококачественных ветеринарных препаратов фирмы «БАЙЕР» на российском рынке позволит отечественным свиноводам выращивать большее поголовье здоровых свиней и тем самым получать больше продукции свиноводства.
БОЛЕЗНИ МОЛОДНЯКА СВИНЕЙ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЭТИОЛОГИИ
Русалеев Владимир Сергеевич, заведующий лабораторией микробиологии ФГУ, «Федеральный центр охраны здоровья животных» (ФГУ «ВНИИЗЖ»,г. Владимир),
доктор ветеринарных наук, профессор
Одной из актуальных проблем свиноводства являются респираторные инфекции молодняка. Они имеют, как правило, полиэтиологическую природу, сложный патогенез, многофакторный фон и регистрируются у поросят начиная с 35–ти дневного возраста и вплоть до середины откорма. Из инфекций бактериальной этиологии наиболее часто приходится сталкиваться с пастереллезом, актинобациллезной плевропневмонией и гемофиллезным полисерозитом.
В лаборатории микробиологии ФГУ ВНИИЗЖ в период с 2000 по 2006 годы при бактериологическом анализе патологического материала от свиней было выделено 42 изолята P.multocida, 5 A. рleuropneumoniae и 55 H. parasuis.
Кроме бактериологического анализа, проводили исследования проб сывороток крови свиней на наличие антител к этим возбудителям.
Результаты анализа показали наличие значительного количества сероположительных проб.
На основании результатов исследований проб патматериала и сывороток крови свиней можно сделать заключение о том, что бактерии, Pasteurella multocida, Actinobacillus pleuropneumoniae и Haemophilus parasuis распространены в свиноводческих хозяйствах РФ.
Рассмотрение респираторных инфекций свиней мы начнем с пастереллеза. Данная проблема для нашей страны не новая, но несмотря на принимаемые меры, она до сих пор не решена.
Давайте попытаемся разобраться, что из себя представляет эта инфекция и как с ней бороться.
Пастереллез(ы) – это разнообразные по форме, характеру течения и клиническому проявлению болезни животных:
– геморрагическая септицемия;
– легочной пастереллез;
– атрофический ринит свиней.
Возбудителем пастереллезов является неоднородная в антигеном отношении бактерия, именуемая Pasteurella multocida, которая подразделяется на:
– 5 серогрупп по капсульному антигену, которые
обозначаются заглавными латинскими буквами: A, B, D, E, F.
– 16 серовариантов по соматическому антигену,
обозначаемых арабскими цифрами от 1 до 16.
Легочной пастереллез (основная форма пастереллеза встречающаяся у свиней в РФ) – это инфекционное заболевание, характеризующееся признаками воспаления легких. Вызывается Pasteurella multocida сероварами А:3, А:12, реже А:1 и очень редко А:4 (данные зарубежной печати). Серовары пастерелл, вызывающие легочный пастереллез у свиней, в нашей стране изучены мало и поэтому возможна низкая эффективность противопастереллезных вакцин.
Эпизоотологические данные – к пастереллезу восприимчивы свиньи всех возрастов, но наиболее чувствителен молодняк. Заболевание регистрируется в течение года с определенным подъемом в осенне – зимний период. Заражение происходит аэрогенно и алиментарным путем, а также при прямом контакте.
Развитие инфекционного процесса происходит следующим образом:пастереллы проникают в легкие, где размножаются, продукты их жизнедеятельности разрушают стенки кровеносных сосудов, вызывая вначале гиперемию и отек, затем крупозное воспаление легких.
Клинические признаки болезни.
Никаких специфических признаков, указывающих на пастереллезную этиологию болезни нет.
Обычно мы наблюдаем: повышение температуры тела, угнетение, потерю аппетита, серозное истечение из носа (иногда слизистое). В дальнейшем появляется отдышка и кашель.
Патологоанатомические изменения.
Пораженные участки легких красного цвета, уплотнены, легко разрываются при надавливании. Отдельные участки некротизированны и инкапсулированы. Возможен серозно – фибринозный плеврит и перикардит. Бронхиальные и средостенные лимфоузлы увеличены, рыхлые с кровоизлияниями.
Диагноз ставят на основании выделения и идентификации культуры возбудителя.
Необходимо отметить, что из-за несовершенства лабораторной диагностики пастереллеза в РФ, ветеринарные врачи не знают пастереллы каких серогрупп и сероваров циркулируют в том или ином регионе страны.
Профилактика и меры борьбы.
Основным звеном в системе мер борьбы с пастереллезом является специфическая профилактика (иммунитет обусловлен в основном гуморальными факторами).
Если ранее на фермах регистрировали заболевание то всех животных продолжают вакцинировать против пастереллеза в течение года. Такие хозяйства должны комплектоваться только вакцинированными животными.
Для специфической профилактики пастереллеза животных в РФ используют инактивированные вакцины (сорбированные и эмульсионные). Для свиней лучше подходят эмульсионные препараты, так как они обеспечивают более напряженный и продолжительный иммунитет.
Основным недостатком эмульсионных вакцин является то, что масляный адъювант, входящий в их состав не метаболизируется в организме животных. Выбирая вакцину ветеринарный врач не должен забывать об основном критерии, которому она должна удовлетворять – специфическая эффективность.
Успех вакцинопрофилактики пастереллеза определяется обоснованным выбором препарата. Большинство противопастереллезных вакцин производимых в РФ изготавливаются из одного или нескольких штаммов Pasteurella multocida, относящихся как правило к серогруппе В. Эти вакцины обеспечивают неплохую защиту против геморрагической септицемии, но не против легочного пастереллеза.
Наблюдаемая порой невысокая эффективность некоторых противопастереллезных вакцин обусловлена как правило несоответствием серовариантного состава штаммов пастерелл, используемых для изготовления вакцины и вызывающих заболевание у свиней. (Перекрестного иммунитета при иммунизации и последующем заражении пастереллами разных сероваров нет).
Начиная вакцинацию необходимо точно знать против какого или каких сероваров ее проводить. В выбираемой вакцине должны присутствовать антигены против этих сероваров. Т.е. серовар антигена в вакцине должен соответствовать серовару Pasteurella multocida вызвавшему заболевание.Решить этот вопрос без типирования выделяемого возбудителя невозможно.
Мы надеемся, что со временем эта проблема также будет решена. В частности наш институт и наша лаборатория занимаются изучением пастереллезов и в разрабатываемые вакцины мы не просто включаем штаммы принадлежащие к различным серогруппам по капсульному антигену, но и к различным сероварам по соматическому антигену.
Атрофический ринит – инфекционное контагиозное заболевание, вызываемое P. multocida серогруппы Д и B. bronchiseptica. Наиболее яркая и характериная клиника – это искривление верхней челюсти свиней за счет расплавления носовой перегородки, вызываемой продуктами жизнедеятельности токсигенных штаммов P. multocida. В начале заболевания отмечается чихание, чесание носа и т.д. Заболевание на территории нашей страны широко регистрировалось в начале 60-х годов. Сейчас – буквально единичные случаи. На западе ему уделяют большое внимание. Мы в свои вакцины обязательно закладываем антиген Pasteurella multocida серогруппы Д.
Актинобациллезная плевропневмония – инфекционная контагиозная болезнь, характеризующаяся при остром течении геморрагическим воспалением легких и фибринозным плевритом, а при хроническом – развитие очаговой гнойной некротизирующей пневмонии и фибринозным плевритом.
Возбудитель инфекции бактерия – Actinobacillus pleuropneumoniae (капсулообразующая, гемолитическая, Гр – ,неподвижная, не образующая спор коккобактерия) обладающая выраженным тропизмом к легочной ткани.
Штаммы Actinobacillus pleuropneumoniae подразделяют на 12 серовариантов с различной выраженностью 4х различных протеиновых цитотоксинов Арх I, Арх II, Арх III, Арх IV
Эпизоотологические данные.
Вспышки плевропневмонии у свиней наблюдаются в любое время года, но чаще зимой. Основной путь заражения – аэрогенный. К болезни восприимчивы свиньи всех возрастов, но наиболее чувствительны поросята 1,5 – 3,5 месячного возраста. Процент заболеваемости находится в зависимости от стадного иммунитета. В только что инфицированных стадах заболевает от 20 % до 60 % свиней. Смертность при сверхостром и остром течении 20-50 %. При хроническом течении потери до 10 %. На широту распространения болезни существенно влияют: микроклимат помещений, условия содержания и кормления животных.
Клинические признаки.
Специфических клинических симптомов актинобациллезной плевропневмонии нет. Болезнь протекает сверхостро, остро и хронически.
Сверхострое течение характеризуется повышение температуры тела до 42○С, одышкой, тяжелым дыханием с хрипами. В дальнейшем развивается цианоз кожи пятачка и ушей, позднее – кожи нижней части тела как сильная недостаточность кровообращения. В агональной стадии отмечается истечение из носовых отверстий кровянистой жидкости. Смерть наступает в течение 6-24 часов после появления первых признаков болезни.
Острое течение – лихорадка постоянного типа. У больных наблюдают одышку, кашель, истечение из носа. Тяжесть болезни у отдельных животных сильно варьирует. Летальный исход может наступить в течение 2-5 суток.
Хроническое течение – ремитирующая лихорадка, низкая поедаемость корма, кашель, животные отстают в росте.
Патологоанатомические изменения.
При сверхостром течении – наблюдают одно или двухстороннее геморрагическое воспаление легких с выраженным отеком интерстициальной соединительной ткани Пораженные участки плотные, вишнево – красного цвета, выступают над поверхностью окружающей нормальной ткани, при надавливании с поверхности разреза стекает кровянистая жидкость. В грудной полости содержится до 50 – 200 см3 кровянистого экссудата с нитями фибрина. Бронхиальные и средостенные лимфоузлы увеличены, сочные, гиперемированы. В носовой полости, трахее пенистая кровянистая жидкость, которая вытекает из ноздрей трупа.
Острое течение – лобулярная, реже лобарная геморрагическая пневмония. Диффузное или очаговое фибринозное воспаление легких и костальной плевры с отложением фибрина. Региональные лимфатические узлы увеличены.
Хроническое течение – фибринозные пленки на костальной и легочной плеврах пронизаны соединительной тканью, образующей сращения между плеврой, легкими и диафрагмой. Пораженные доли легких плотные неравномерно окрашены. У большинства трупов в легких находятся округлые или неправильной формы очаги некроза.
Диагноз.
Предварительный диагноз ставят на основании исследований сывороток крови или результатов ПЦР. Окончательный диагноз ставят на основании выделения и идентификации культуры возбудителя.
Профилактика и меры борьбы.
При возникновении болезни в хозяйстве проводят комплекс мероприятий. Всех больных и подозрительных по заболеванию лечат, предварительно определив чувствительность выделенной культуры к антибактериальным препаратам. Всех остальных вакцинируют. Учитывая, что актинобациллезная плевропневмония передается от свиноматок поросятам необходимо вакцинировать как маточное поголовье так и приплод. Иммунизация только поросят обычно не дает положительного результата.
Сроки вакцинации зависят от момента появления клинических признаков заболевания в стаде, но как показывает опыт начинать иммунизацию поросят против актинобациллезной плевропневмонии, раньше 25-30 дневного возраста не стоит.
Вакцинные препараты против актинобациллезной плевропневмонии обычно изготавливают из штаммов 1, 2, 4 и 5 сероваров (данные зарубежной печати).
Специфическая профилактика дает возможность повысить устойчивость стада к возбудителю инфекции, снизить уровень смертности, снизить затраты на лекарственную терапию, повысить продуктивность (привесы). Однако вакцинация не обеспечивает 100 % защиты животных.
Гемофилезный полисерозит – инфекционное септическое заболевание, характеризующееся серозно-фибринозным воспалением перикарда, плевры, брюшины, суставов.
Возбудитель болезни – Haemophilus parasuis неоднородная в антигенном отношении, мелкая грамотрицательная, капсулообразующая неподвижная, не образующая спор, полиморфная палочка, обладающая резко выраженным тропизмом к серозным оболочкам.
Различают 5 серогрупп (A, B, C, D, N) по капсульному и 15 сероваров по соматическому антигену. Согласно литературным данным самыми вирулентными и распространенными в Европе и Северной Америке являются серовары №№2, 4, 5, которые обязательно включают в состав инактивированных вакцин. Штаммовый состав вакцин иногда дополняют сероварами №12, 13, 14.
Эпизоотологические данные.
В неблагополучных по гемофилезному полисерозиту хозяйствах до 40% свинопоголовья являются носителями возбудителя болезни (свиноматки, ремонтные свинки).
Заболеваемость поросят полисерозитом достигает 20-25%, а смертность – 10% восприимчивого поголовья.
Поросята заболевают обычно через 8-15 дней после отъема от свиноматок.
Чаще гемофилезный полисерозит регистрируется среди поросят, подвергшихся воздействию неблагоприятных факторов внешней среды (отъем от свиноматок в раннем возрасте, перегруппировки, содержание в группах свиней разного возраста, неудовлетворительный микроклимат в помещениях, высокая запыленность воздуха, транспортировка, переохлаждение, перегревание и др.).
Клинические признаки – повышение температуры тела до 40,5 – 41,50С. Симптомокомплекс плеврита, перитонита, перикардита часто в сочетании с артритами. Животные угнетены, поросята осторожно передвигаются (залеживание), шерсть взъерошенная, дыхание затрудненное, учащенное, время от времени можно услышать кашель. Иногда отеки в области ног, ушей, рыла, брюшной стенки. У некоторых животных кровоизлияния на коже.
Через 2-5 дней поросята погибают с симптомами сердечной слабости, синюшности кожных покровов подчревной области и конечностей. Гемофилезным полисерозитом болеют всегда только несколько поросят из помета или группы.
Патологоанатомические изменения – серозно-фибринозное воспаление плевры, брюшины, перикарда, кровоизлияния на печени, почках. В плевральной, брюшной полостях, сердечной сумке значительное количество эксудата соломенно-желтого цвета с нитями фибрина.
Предварительный диагноз можно поставить на основании характерной пат.картины, а окончательный на основании выделения и идентификации культуры возбудителя болезни.
Профилактика. При гемофилезном полисерозите преобладает гуморальный иммунитет. Поэтому основное звено в системе мер борьбы и профилактики гемофилезного полисерозита это вакцинация, которая обеспечивает снижение заболеваемости и падежа поросят.
Сроки вакцинации зависят от возраста поросят, среди которых появляются клинические признаки болезни. Если гемофилезный полисерозит поражает свиней в период после отъема и доращивания, то вакцинировать животных необходимо в возрасте 3-4 недели. Если болезнь поражает поросят в раннем возрасте, то необходима вакцинация свиноматок.
У ряда животных после введения вакцины возможны анафилактические реакции. В этом случае применяют антигистаминные препараты. Большое антигенное разнообразие возбудителя и трудности его культивирования делают противогемофилезные вакцины довольно дорогими.
Сотрудниками ФГУ ВНИИЗЖ разработана ассоциированная вакцина против сальмонеллеза, пастереллеза и гемофилезного полисерозита свиней, которая испытывается в хозяйствах, и неплохо себя зарекомендовала.
Лечение.
Эффективно на ранних стадиях развития болезни. При появлении клинических признаков лечение малоэффективно. Если поросята остаются живыми, то они часто отстают в росте.
Важно, чтобы лечению при появлении первых клинических признаков подвергались все животные помета или группы.
В неблагополучных хозяйствах вспышку болезни можно предотвратить при помощи профилактического лечения антибактериальными препаратами.
Summary
V.S. Rusaleyev: Porcine respiratory infections of bacterial etiology. Vladimir` FGI “Federal Centre for Animal Health” (FGI ARRIAH)
It is shown in the paper that porcine respiratory infections caused by A. рleuropneumoniae, H. parasuis и P.multocida are actual in Russia and methods of treatment and application of vaccine are proposed.
ОСНОВНЫЕ ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ СВИНЕЙ (СВЕДЕНИЯ О БОЛЕЗНЯХ, РАСПРОСТРАНЕНИЕ, ДИАГНОСТИКА, СПЕЦИФИЧЕСКАЯ ПРОФИЛАКТИКА)
Байбиков Тауфик Закарьевич, заведующий лабораторией болезней
свиней ФГУ «Федеральный центр охраны здоровья животных» (ФГУ
«ВНИИЗЖ»,г. Владимир), доктор ветеринарных наук, профессор, заслуженный ветврач РФ
КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ СВИНЕЙ (для практических специалистов)
- Общие болезни, сопровождающиеся лихорадкой
Классическая чума свиней (КЧС)
Африканская чума свиней (АЧС)
Рожа свиней
Сальмонеллез
Стрептококковая инфекция
- Кожные болезни
Оспа
Ящур
Везикулярная болезнь свиней (ВБС)
(везикулярный стоматит, везикулярная экзантема)
- Болезни, вызывающие нарушение воспроизводительной функции
– Репродуктивно-респираторный синдром свиней (РРСС)
– Парвовирусная инфекция свиней (ПВИС)
– Энтеровирусная инфекция свиней
– Бруцеллез
– Лептоспироз
– Листериоз
- Болезни органов дыхания
– Грипп свиней
– Репродуктивно-респираторный синдром свиней
– Пролиферативно-некротизирующая пневмония (ПНП)
– Респираторная коронавирусная инфекция свиней (РКВИС)
– Атрофический ринит
– Энзоотическая пневмония (микоплазмоз)
– Актинобациллезная плевропневмония
– Гемофилез
5.Болезни органов пищеварения
Трансмиссивный гастроэнтерит (ТГЭС)
Эпизоотическая вирусная диарея (ЭВД)
Коронавирусный энцефаломиелит (рвотная болезнь)
Колибактериоз
Анаэробная энтеротоксемия (клостридиозы)
Дизентерия
Кишечный аденоматоз свиней
Кокцидиоз
6.Болезни центральной нервной системы (ЦНС)
Болезнь Ауески
Болезнь Тешена
Бешенство
Столбняк
Общие болезни, сопровождающиеся лихорадкой
(КЧС, АЧС, рожа, сальмонеллез, стрептококкоз)
Классическая чума свиней – особо опасная, высоко контагиозная инфекционная болезнь, список А.
Возбудитель – РНК содержащий вирус Сем. Flaviviridae.
Характерные клинические признаки:
лихорадка;
угнетение;
отсутствие аппетита;
запоры или диарея, рвота;
нарушения ЦНС;
шаткость задних конечностей;
кровоизлияния на коже ушей, пятачка, конечностей, живота.
Патологоанатомические изменения при КЧС:
множественные геморрагии в лимфоузлах, почках, мочевом пузыре и гортани;
инфаркты в селезенке;
гиперплазия солитарных фолликулов в толстом отделе кишечника («бутоны»).
Клиническая картина заболевания и пат.изменения зависят от формы течения болезни (вирулентности изолята вируса):
Острая – 10-20 дней;
Хроническая – 1-3 месяца;
Латентная – 2-11 месяцев.
Существуют эффективные вакцины против КЧС.
Африканская чума свиней
Возбудитель – ДНК содержащий вирус. Клинические признаки, пат.картина и течение сходны как при КЧС. Профилактическая вакцинация против АЧС отсутствует.
Стрептококковая инфекция
Для свиней играют роль 2 вида: Streptococcus porcinus (несколько серотипов); Streptococcus suis (два серотипа). St. porcinus – поражения кожного покрова и абсцессы. St. suis – септицемия, артриты, менингиты, поражения сердца, аборты.
Лечение: пенициллин с пролангированным действием.
Вакцинация: очень ограниченно, в отдельных помещениях, где точно установлен серотип возбудителя.
Кожные болезни (оспа, ящур, ВБС)
Оспа
Возбудитель – ДНК содержащий вирус Сем. Poxviridae. Оспа у свиней может быть вызвана вирусом оспы КРС.
Характерные клинические признаки:
лихорадка;
пузырьково-пустуллезная сыпь (папулы) диаметром 4-5 мм на коже живота, внутренней поверхности бедра, ушей и пятачка.
Вакцинация против оспы свиней отсутствует (возможно использование метода перезаражения).
Ящур – особо опасное, высоко контагиозное заболевание парнокопытных, в т.ч. свиней, список А.
Возбудитель – РНК содержащий вирус Сем. Picornaviridae. Ящур ежегодно регистрируется в 55-60 странах мира.
В Российской Федерации ящур регистрировали:
1990 год – Тюменская обл.
1993 год – Владимирская обл.
1995 год – Московская обл.
2000 – Приморский край
2004 год – Амурская обл.
Основные клинические признаки ящура у свиней:
отказ от корма (массовый);
хромота;
массовая внезапная гибель поросят-сосунов;
афты в области венчика, межкопытной щели, мякиша, на коже вымени (сосках), пятачке, на слизистой ротовой полости и языке.
Имеются эффективные вакцины. В Российской Федерации профилактическая вакцинация свиней не проводится.
Везикулярная болезнь свиней (ВБС)
Возбудитель – РНК содержащий вирус Сем. Picornaviridae. Болеют только свиньи. Заболевание периодически регистрируют в европейских странах (Италия). В России не регистрируется с 1976 года. Клинические признаки такие же, как при ящуре, но менее выражены. Заболевание протекает в более легкой форме с охватом 60-70% животных.
Вакцины разработаны. Профилактическая вакцинация в России не проводится, как и в других странах.
Болезни, вызывающие нарушения воспроизводительной функции
Репродуктивно-респираторный синдром свиней (РРСС)
Парвовирусная инфекция свиней (ПВИС)
Энтеровирусная инфекция свиней
Бруцеллез
Лептоспироз
Листериоз
Энтеровирусная инфекция свиней (ЭВИС)
Возбудитель – РНК содержащий вирус, имеющий несколько серотипов – 1, 3, 6, 8. Заболевание недостаточно изучено и широко распространено.
Основные клинические признаки ЭВИС:
у неполовозрелых свиней ЭВИС протекает бессимптомно;
у супоросных свиноматок в зависимости от момента (срока) заражения;
cиндром SMEDI
Stillbirth – мертворождение
Mummification – мумификация
Embrionic –эмбриональная
Death – гибель
Infertility – бесплодие
Название синдром SMEDI применяется практически при всех нарушениях воспроизводительной функции. Диагностика очень сложная. При дифференциальной диагностике обычно исключают другие причины нарушения репродукции. Профилактические мероприятия направлены на поддержание стадного иммунитета путем совместного содержания молодых (закупленных) с основными (переболевшими) свиноматками.
Вакцины не разработаны.
Лептоспироз
Патогенными для свиней являются несколько серотипов. Свинья является основным хозяином Leptospira Pomona. В последнее время было установлено, что в ряде хозяйств синдром SMEDI был обусловлен лептоспирозом. Клинические признаки у не супоросных свиноматок и откормочных свиней отсутствуют. У супоросных животных наблюдают синдром SMEDI. Диагностика сложная. В ФГУ ВНИИЗЖ исследования на лептоспироз только с помощью ПЦР. При лептоспирозе выделить возбудителя из внутренних органов, как правило, не удается. Имеются эффективные вакцины.
Болезни органов дыхания
Грипп
Пролиферативно-некротизирующая пневмония (ПНП)
Респираторная коронавирусная инфекция свиней (РКВИС)
Энзоотическая пневмония (микоплазмоз)
Цирковирусная инфекция свиней (ЦВИС)
Актинобациллезная плевропневмония (АПП)
Гемофилез
Грипп свиней
Возбудитель – РНК содержащий вирус Сем.Orthomixoviridae
Большинство случаев вспышек гриппа свиней обусловлено вирусом гриппа А типа H1N1, реже встречается тип H3N2. Грипп – высоко контагиозная, остро протекающая болезнь.
Характерные клинические признаки гриппа свиней:
внезапное начало болезни
резко выраженная лихорадка (темп. тела до 42 градусов)
общая слабость и поражение органов дыхания
истечения из носа
аборты.
На вскрытии обнаруживают изменения в верхних дыхательных путях и легких.
В России грипп свиней официально не зарегистрирован, но в некоторых хозяйствах выявляли антитела (в ИФА). В России специфическая профилактика не проводится. В некоторых странах используют вакцинопрофилактику.
Пролиферативно-некротизирующая пневмония свиней (ПНП)
ПНП – результат ассоциированной инфекции, вызванной вирусами РРСС и ЦВИС-2 (Pesch S. et al.,2000). Определенную роль в данной патологии также может играть вирус гриппа А свиней и ряд других возбудителей респираторных заболеваний свиней.
Болезнь возникает неожиданно, болеют, в основном, поросята на доращивании и откорме.
Характерные клинические признаки ПНП:
болезнь возникает неожиданно
общее тяжелое состояние
лихорадка (темп. тела до 41 градуса)
дыхание затруднено
кашель
смертность 3-5%.
Патологоанатомические изменения при ПНП в легких:
оба легких поражены и отечны
окрашены пятнами в красновато-фиолетовый цвет, частично серо-коричневый
консистенция похожа на резину.
При микроскопическом исследовании обнаруживают некроз слизистой оболочки бронхов и межальвеолярных перегородок.
Заболевание широко распространено в Северной Америке и Европе.
Энзоотическая пневмония свиней (микоплазмоз)
Возбудитель – Mycoplasma hyopneumoniae.
Болеют свиньи всех возрастов, но наиболее выраженные клинические признаки у поросят на доращивании и откорме.
При благоприятных условиях может протекать без клинических признаков. Всегда протекает в ассоциации с другими инфекциями: пастереллез, гемофилез, актинобациллез, РРСС, стрептококкоз.
Клинические признаки характерны для легочной патологии, гипертермия незначительная, смертность достигает до 30%, на откорме – до 10%.
Основные патологоанатомические изменения обнаруживают при убое откормочных свиней: воспаление верхушечных долей легкого, уплотнение легких, сращение легкого с плеврой.
Энзоотическая пневмония широко распространена в свинохозяйствах России. В России вакцина против энзоотической пневмонии не производится. В отдельных хозяйствах используют инактивированную вакцину «Респишур» («Пфайзер», США). Вакцинация свиноматок, поросят-сосунов и отъемышей дает положительный результат. Широко используют медикаментозное лечение (тилазин, тиамутин и др.).
Актинобациллезная плевропневмония (АПП)
Возбудитель – Actinobacillus pleuropneumoniae,
13 серотипов, в Европе встречаются серотипы 2,3,4,5,7,9. АПП широко распространена в мире и России. В настоящее время приобретает все большее значение. АПП протекает в сверхострой, острой и хронической формах.
Течение зависит от:
инфекционного фона в хозяйстве;
иммунитета у животных;
микроклимата;
спектра антибиотиков, применяющихся в хозяйстве.
Клинические признаки АПП:
Сверх острая форма – темп. тела до 42 градусов, отказ от корма, рвота, удушье, пена изо рта, цианоз кожи ушей, пятачка и живота, гибель в течение 4 часов, смертность до 60%.
Острая форма – темп. тела до 41 градуса, кашель, плохой аппетит, гибель в течение 24 часов.
Хроническая форма – повышение темп. тела незначительное, кашель, отставание в развитии.
При вскрытии обнаруживают:
геморрагическое воспаление легких;
фибринозный плеврит.
Для специфической профилактики АПП существуют вакцины.
Для лечения АПП применяют препараты тетрациклинового ряда.
Болезни органов пищеварения
Различные возбудители кишечных инфекций поражают различные участки кишечника:
Колибактерии, клостридии, корона- и ротавирусы поражают тонкий отдел кишечника;
Возбудитель кишечного аденоматоза поражает конец тонкого и начало толстого отделов кишечника;
Возбудитель дизентерии вызывает воспаление слизистой оболочки слепой и толстой кишки.
Значительная часть кишечных заболеваний вызвана ошибками в кормлении и соблюдении гигиены.
Коронавирусные инфекции свиней
Для свиней актуальными являются 4 заболевания, вызываемыми коронавирусами.
Трансмиссивный гастроэнтерит свиней (ТГЭС)
Остро протекающая высоко контагиозная болезнь поросят, проявляющаяся рвотой, диареей и высокой смертностью поросят (до 100%) до 2-х недельного возраста. ТГЭС болеют и другие возрастные группы свиней, но без летального исхода.
Возбудитель – вирус, Сем. Coronaviridae, род Coronavirus.
Штаммы вируса, выделенные от животных в различных странах, серологически идентичны. Заболевание широко распространено в мире.
Установлено, что до 50% свиноферм Европы и Северной Америки сероположительные по ТГЭС. В России регистрируют, в основном, в крупных комплексах, где для иммунизации свиноматок используют «фарш» (кишечник больных поросят).
Клинические признаки ТГЭС:
У 2-5-дневных поросят наблюдается самая тяжелая форма
сильная диарея (фекалии серо-красного или желто-зеленого цвета);
рвота (не у всех животных);
сильная жажда;
смерть на 3-4 день.
У более взрослых поросят и свиноматок клинические признаки более стерты.
Патологоанатомические изменения при ТГЭС:
в желудке и тонком отделе кишечника воспаление слизистой и некроз клеток эпителия;
почки бледные, иногда с мелкими кровоизлияниями под капсулой.
После переболевания у свиноматок формируется
напряженный иммунитет. Колостральные антитела сохраняются до 3-4-месячного возраста.
Диагноз. Обнаружение антител или вируса.
Специфическая профилактика. Существующие вакцины не защищают от заболевания (заражения), но позволяют сохранить от гибели до 80% поросят.
Лечение. Симптоматическое. Ограничение кормления до 50%. В питьевую воду можно добавлять различные электролиты (на 1л воды 9 г поваренной соли и 40 г глюкозы).
- Респираторный коронавирус свиней (РКВС)
Респираторный вариант вируса ТГЭС (мутант). Болезнь вызывается коронавирусом, который находится в близком родстве с вирусом ТГЭС (в РН не различаются, отличия можно установить в ИФА с моноклональными антителами и методом ПЦР-секвенирования).
В стадах, где циркулирует возбудитель РКВС, свиньи, как правило, защищены от ТГЭС.
Заболевание в большинстве случаев протекает бессимптомно и на это заболевание обращают мало внимания. Заболевание в России официально не зарегистрировано, антитела выявляют, в основном, у племенных животных, закупленных в странах Западной Европы.
По нашим данным 9 – 67% племенных свиней, закупленных в странах Западной Европы, сероположительные по РКВС. Специфическая профилактика – отсутствует.
- Эпизоотическая (вирусная) диарея свиней (ЭДС)
Возбудитель – коронавирус, серологически отличается от вирусов ТГЭС и РКВС (нет перекрестной реакции в РН, вакцинация против ТГЭС не защищает от ЭДС).
Заболевают поросята-отъемыши и свиньи старшего возраста. Поросята-сосуны почти никогда не заболевают.
Клинические признаки:
рвота;
водянистый, коричнево-зеленый понос;
потеря аппетита.
Продолжительность болезни до 3-х недель.
Заболеваемость – до 80%. Смертность до 10%, могут погибать и откормочные свиньи. ЭДС широко распространена в странах Западной Европы. В России отмечены единичные случаи. Специфическая профилактика не разработана. Лечение и неспецифическая профилактика как при ТГЭС.
- Гемагглютинирующий энцефаломиелит свиней (ГЭМС) (рвотная болезнь)
Возбудитель – коронавирус.
Болеют поросята в первые недели жизни, до 80% поросят в помете после сосания может страдать рвотой. Рвотные массы вначале в виде свернувшегося молока, в дальнейшем окрашиваются в зелено-желтый цвет. Позднее наблюдают отсутствие аппетита и сильное увеличение желудка. Вирус через дыхательные пути по нервным волокнам попадает в головной мозг и нервные узлы стенки желудка. Из-за воспаления нервных узлов наступает атония желудка и форма тела поросят спереди и сзади становится острой, а середина толстой. Самовыздоровление не происходит.
Патологоанатомические изменения: сильно увеличенный желудок, заполненный свернувшимся молоком.
Заболевание распространено на Западе, о наличии в России данных нет. Профилактика и лечение не разработаны.
Ротавирусная инфекция свиней
Возбудитель – ротавирус. Известно 7 серотипов, из них 4 поражают свиней. Для свиней важным является серогруппа А, которая делится на несколько субгрупп.
Болеют поросята-сосуны в первые дни жизни или с 3-х недельного возраста. У них обнаруживают желтовато-водянистую диарею, быстро наступает обезвоживание. Смертность среди поросят до 5-дневного возраста может достигать 50%.
Ротавирусная инфекция широко распространена в мире и в России. Существуют живые и инактивированные вакцины. Живые вакцины признаны наиболее эффективными. Лечение как при ТГЭС.
Колибактериоз
Заболевание вызывается патогенными токсинообразующими штаммами E. coli.
Термостабильный токсин – мягкая форма диареи.
Термолабильный токсин – острая форма диареи.
Колибактериоз встречается повсеместно и обуславливает огромные потери поросят-сосунов, поросят-отъемышей и среди свиней на начальной стадии откорма.
Клиническая картина:
у поросят-сосунов – заболевает весь помет, поросята становятся грязными, бледными, озноб (мерзнут), понос водянистый от белого до желто-зеленого цвета, смертность до 50%;
у поросят 3-х недельного возраста – понос серо-белого цвета, не водянистый, смертность до 20%;
у поросят отъемышей – понос от желтовато-зеленого до коричневого цвета, смертность до 30%;
у откормочных свиней – понос водянистый, серо-зеленого цвета, иногда с примесью крови.
Профилактика колибактериоза:
снижение концентрации возбудителя (дезинфекции и др. санитарные мероприятия, применение антибиотиков);
вакцинация;
соблюдение диеты.
Лечение антибиотиками, ограниченное кормление, применение электролитов.
Колиэнтеротоксемия. Вызывается токсинообразующими штаммами колибактерий.
Токсины обуславливают различную картину болезни:
Энтеротоксин – колиэнтерит – диарея;
Нейротоксин – отечная болезнь;
Эндотоксин – шок.
Колиэнтерит – диарея и смертность до 30%.
Лечение: антибиотики и электролиты.
Отечная болезнь – поражение ЦНС, судороги, паралич, залеживание на боку, отеки (на спинке носа, веках и стенках желудка), сине-красное окрашивание кожных покровов, смертность до 95%.
Лечение: антигистаминные препараты, гормоны коры надпочечников, голодание.
Шок – поросята, которые выглядят абсолютно здоровыми, внезапно издают крик, падают и погибают.
Тонкий отдел кишечника павших поросят имеет сине-красный цвет и заполнен водянистым слегка кровавым содержимым.
Лечение: нет.
Клостридиозы
Возбудитель – Clostridium perfringens тип А и тип С.
Эти возбудители размножаются только при отсутствии воздуха (анаэробы) и образуют очень сильные токсины.
Clostridium perfringens тип С вызывает у поросят-сосунов геморрагический некротизирующий энтерит.
Течение и длительность болезни зависит от количества токсина, образуемого возбудителем.
Клиническая картина: Заболевают поросята в возрасте 3-14 дней. Заболеваемость в помете в среднем 50%, летальность до 100%.
При острой форме фекалии коричнево-красного цвета, заболевшие поросята погибают в течение 12-24 часов.
При вскрытии обнаруживают геморрагическое воспаление слизистой тонкого отдела кишечника.
При хронической форме фекалии пенистые, имеют зловонный запах, серо-желтоватого цвета и становятся похожими на манную крупу.
Clostridium perfringens тип А вызывает диарею поросят-сосунов в возрасте 1-3 дня. Является факторным заболеванием (влияют условия содержания, кормления и т.д.).
Клиническая картина: у поросят с первого дня жизни обнаруживают водянисто-слизистую, в редких случаях кровавую диарею. В помете заболевают 80-90% поросят, которые затем погибают.
При вскрытии наблюдаются незначительные повреждения слизистой оболочки кишечника.
Профилактика клостридиозов: вакцинация свиноматок за 5 и 2 недели до опороса или пассивная иммунизация поросят сывороткой, полученной от иммунизированной взрослой свиноматки.
Антибиотики малоэффективны.
Дизентерия свиней
Возбудитель – Serpulina hyodesenteriae.
Заболевание в мире широко распространено. Заболевают свиньи в начале откорма, могут заболеть также поросята-отъемыши и свиньи более старшего возраста.
Клинические признаки: основной признак – кровавый понос, а при серьезных поражения слизистой кишечника фекалии становятся жидкими и приобретают цвет какао, а затем цвет цемента. Заболеваемость не более 30%. Самовыздоровление отсутствует. При дизентерии поражается исключительно толстый отдел кишечника.
На вскрытии обнаруживают дифтеретическое воспаление слизистой толстого отдела кишечника (при острой форме болезни), отрубьевидные отложения на слизистой толстого отдела кишечника (при хронической форме болезни).
Профилактика: санитарные меры, вакцин нет.
Лечение: хим. препараты (ронидазол, трихопол, тиамулин и др.).
Кишечный аденоматоз свиней (КАС)
Возбудитель – Lawsonia intracellularis.
Заболевание распространено широко, КАС возникает чаще всего у свиней на начальной стадии откорма.
Первыми клиническими признаками являются прекращение роста свиней, потеря массы тела, плохой аппетит. У свиней обнаруживают бледность, анемию, может наблюдаться рвота, дегтеобразные фекалии, иногда серого или цементного цвета. Обычно животные сами выздоравливают. Заболеваемость до 15%, летальность – 5-6%.
Патологоанатомические изменения: при КАС поражается последняя треть тонкого отдела кишечника, реже первая треть толстого отдела, включая слепую кишку. Регистрируют утолщение слизистой со складками, подобными мозговым извилинам, сильные кровотечения, глубокие поперечные и продольные складки.
Профилактика: не разработана.
Лечение: нет.
Кокцидиоз
Возбудитель – кокцидии Isospora suis.
Заболевание встречается у 7-14-дневных поросят. Клинические признаки: водянистая диарея, фекалии желтого цвета, обезвоживание. Заболеваемость в помете 50-70%, летальность – до 25%. Профилактика: санитарные меры. Лечение: сульфаниламидные препараты.
Микротрубочки
[править]
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Строение микротрубочки
Микротрубочки — белковые внутриклеточные структуры, входящие в состав цитоскелета.
Микротрубочки представляют собой полые внутри цилиндры диаметром 25 нм. Длина их может быть от нескольких микрометров до, вероятно, нескольких миллиметров в аксонах нервных клеток. Их стенка образована димерами тубулина. Микротрубочки, подобно актиновым микрофиламентам, полярны: на одном конце происходит самосборка микротрубочки, на другом — разборка. В клетках микротрубочки играют роль структурных компонентов и участвуют во многих клеточных процессах, включая митоз, цитокинез и везикулярный транспорт.Содержание [убрать]
1 Строение
2 Динамическая нестабильность
3 Функция
4 См. также
5 Литература
[править]
Строение
Микротрубочки — это структуры, в которых 13 тубулиновых α-/β-гетеродимеров уложены по окружности полого цилиндра. Внешний диаметр цилиндра около 25 нм, внутренний — около 15.
Один из концов микротрубочки, называемый плюс-концом, постоянно присоединяет к себе свободный тубулин. От противоположного конца — минус-конца — тубулиновые единицы отщепляются.
В образовании микротрубочки выделяют три фазы:
замедленная фаза, или нуклеация. Это этап зарождения микротрубочки, когда молекулы тубулина начинают соединяться в более крупные образования. Такое соединение происходит медленнее, чем присоединение тубулина к уже собранной микротрубочке, поэтому фаза и называется замедленной;
фаза полимеризации, или элонгация. Если концентрация свободного тубулина высока, его полимеризация происходит быстрее, чем деполимеризация на минус-конце, за счет чего микротрубочка удлиняется. По мере ее роста концентрация тубулина падает до критической и скорость роста замедляется вплоть до вступления в следующую фазу;
фаза стабильного состояния. Деполимеризация уравновешивает полимеризацию, и рост микротрубочки останавливается.
Лабораторные исследования показывают, что сборка микротрубочек из тубулинов происходит только в присутствии гуанозинтрифосфата и ионов магния.
[править]
Динамическая нестабильность
Микротрубочки являются динамическими структурами и в клетке постоянно полимеризуются и деполимеризуются. Центросома, локализованная вблизи ядра, выступает в клетках животных и многих протистов как центр организации микротрубочек (ЦОМТ): они растут от нее к периферии клетки. В то же время микротрубочки могут внезапно прекратить свой рост и укоротиться обратно по направлению к центросоме вплоть до полного разрушения, а затем вырасти снова. При присоединении к микротрубочке молекулы тубулина, несущие ГТФ, образуют «шапочку», которая обеспечивает рост микротрубочки. Если локальная концентрация тубулина падает, связанная с бета-тубулином ГТФ постепенно гидролизуется. Если полностью гидролизуется ГТФ «шапочки» на ±конце, это приводит к быстрому распаду микротрубочки. Таким образом, сборка и разборка микротрубочек связана с затратами энергии ГТФ.
Динамическая нестабильность микротрубочек играет важную физиологическую роль. Например, при делении клетки микротрубочки растут очень быстро и способствуют правильной ориентации хромосом и образованию митотического веретена.
[править]
Функция
Микротрубочки в клетке используются в качестве «рельсов» для транспортировки частиц. По их поверхности могут перемещаться мембранные пузырьки и митохондрии. Транспортировку по микротрубочкам осуществляют белки, называемые моторными. Это высокомолекулярные соединения, состоящие из двух тяжелых (массой около 300 кДа) и нескольких легких цепей. В тяжелых цепях выделяют головной и хвостовой домены. Два головных домена связываются с микротрубочками и являются собственно двигателями, а хвостовые — связываются с органеллами и другими внутриклеточными образованиями, подлежащими транспортировке.
Выделяют два вида моторных белков:
цитоплазматические динеины;
кинезины.
Динеины перемещают груз только от плюс-конца к минус-концу микротрубочки, то есть из периферийных областей клетки к центросоме. Кинезины, напротив, перемещаются к плюс-концу, то есть к клеточной периферии.
Перемещение осуществляется за счет энергии АТФ. Головные домены моторных белков для этого содержат АТФ-связывающие участки.
Помимо транспортной функции, микротрубочки формируют центральную структуру ресничек и жгутиков — аксонему. Типичная аксонема содержит 9 пар объединенных микротрубочек по периферии и две полных микротрубочки в центре. Из микротрубочек состоят также центриоли и веретено деления, обеспечивающее расхождение хромосом к полюсам клетки при митозе и мейозе. Микротрубочки участвуют в поддержании формы клетки и расположения органоидов (в частности, аппарата Гольджи) в цитоплазме клеток.
[править]
См. также
Белки, ассоциированные с микротрубочками
Аденозинтрифосфорная кислота
Аксонема
Жгутик
Реснички
Тубулин
Центросома
[править]
Литература
Дж. М. Фаллер, Д. Шилдс. Молекулярная биология клетки. Руководство для врачей. Пер. с англ. — М.: «БИНОМ», 2006. — 256 с.
Раздел 2. ВИРУСОЛОГИЯ
2.1. Общая вирусология
Открытие вирусов и история их изучения. Природа вирусов. Теории происхождения вирусов. Онкогенная роль их. Место и роль вирусов в биосфере их распространенность в природе. Значение вирусов для решения общебиологических проблем, развития генетики и молекулярной биологии. Роль вирусов в инфекционной патологии животных, растений, человека. Отличие вирусов от других микроорганизмов. Паразитизм вирусов на генетическом уровне.
Физическая структура и химический состав вирионов вирусов. Вирион-покоящаяся стадия существования вирусов. Принцип организации вирионов (капсид, нуклеоид, суперкапсид, М-оболочка и др.). Формы и размеры вирионов, типы симметрии вирионов и их биологический смысл. Особенности вирусных белков, их гетерогенность. Функции вирусных белков. Нуклеиновые кислоты вирусов, их особенности и свойства. Функции вирусных нуклеиновых кислот. Липиды и углеводы вирионов, их происхождение и значение.
Систематика вирусов. Принципы систематики вирусов. Классификация ДНК- и РНК – содержаших вирусов. Краткая характеристика семейств. Научная и практическая значимость систематики.
Репродукция вирусов. Клеточный геном и реализация генетической информации в нормальной клетке. Формы воздействия вирионов с клетками: продуктивная инфекция клеток, интеграция геномов, персистенция вирусов, пермиссивность и непермиссивность клеток. Репродукция вирусов в чувствиетльных клетках (продуктивная инфекция клеток ) и схема основных процессов, обеспечивающих реализацию генетической информации вируса. Адсорбция вирионов на поверхности клеток, роль рецепторов и ионных сил. Депротеинизация и проникновения вирусного генома в клетку. Транскрипция вирусных геномов различных типов, первичная и вторичная. Трансляция, виды образующих белков и их роль. Репликация вирусных нуклеиновых кислот. Сборка вирионов. Выход зрелых вирионов. Образование суперкапсидных оболочек. Неполный вирус. Дефектные интерферирующие частицы. Причины гибели клеток при репродукции вирусов.
Культивирование вирусов. Культивирование вирусов в организме естественно восприимчивых и лабораторных животных. Культивирование вирусов на куринных эмбрионах. Культуры клеток. Плазменные, органные и суспензионные монослойнные культуры клеток. Переживающие ткани (эксплантаты). Первично-трипсинизированные, перевиваемые и диплоидные культуры клеток, их свойства и особенности. ЦПД вирусов. Использование культур клеток при диагностике вирусных инфекций. Значение культур клеток в развитии вирусологии.
Действие на вирусы физических и химических факторов. Действие на вирусы комнатной температуры, температуры тела животных, нагревания и кипячения, действие слабого, среднего и глубокого замораживания, УФ-лучи, ульразвука, лиофильной сушки. Фотодинамический эффект. Действие на вирусы кислот, щелочей, спиртов, дезинфектантов, окислителей, восстановителей, жирорастворителей, антибиотиков. Методы уничтожения, инактивации и консервации вирусов.
Экология вирусов. Пути и формы циркуляции вирусов в природе. Механизмы сохранения вирусов в межэпизоотические периоды. Особенности резервации и циркуляции различных вирусов в природе. Связь между вирусами животных и человека. Спектр патогенности у разных вирусов. Изменение антигенной структуры, авидности и патогенности вирусов. Влияние антропогенных факторов на пути циркуляции и свойства вирусов: загрязнение окружающей Среды, применение вакцин и антибиотиков, концентрация животных на комплексах и др.
Генетика вирусов. Наследственность, изменчивость, отбор и эволюция у вирусов. Понятие гена, генома и генофонда. Структура вирусного генома. Генотип и фенотип вирусов. Генетические признаки вирусов и их использование в характеристике штаммов. Понятие вирусная популяция, штамм, клон. Мутации, их механизм. Использование мутантов вируса в профилактике вирусных болезней. генетические и негенетические взаимодействие вирусов.
Патогенез вирусных инфекций. Пути внедрения вирусов в организме животного и преодоление барьеров на этих путях. Распространение вируса в организме, его локализация в чувствительных клетках. Накопление вируса в тканях и его повреждающее действие. Инкубационный период. Клиническое проявление болезни и их причины. Острое, хроническое и латентное течение вирусных инфекций. Исходы болезни. Реконвалесценция, вирусоносительство и вирусовыделение. Персистенция вирусов. Первичная и вторичная вирусемии. Патогенез вирусных инфекций на клеточном уровне, на уровне клеточных популяций и на уровне организма. Цитопатический эффект (ЦПЭ). Автономная, интеграционная типы течения вирусных инфекций.
Особенности противовирусного иммунитета. Неспецифические: клеточные и гуморальные (ингибиторы, интерферон), специфические (антитела, клеточные факторы защиты) и общефизиологические (лихорадка, влияние гормоно и др.) факторы иммунитета. Роль фагоцитоза. Механизм образования противовирусных антител и интерферона. Виды интерферона и их противовирусное действие. Взаимодействие всех факторов иммунитета и их единство.
Специфическая профилактика вирусных болезней животных. Живые и инактивированные вакцины. Достоинства и недостатки живых и инактивированных вакцин. Основные принципы получения и контроля вакцин. Субьединичные вакцины, полученные методом химического синтеза и генноинженерными методами. Поствакцинальные осложнения. Химиотерапия вирусных болезней.
Принципы лабораторной диагностики вирусных болезней животных. Предварительный характер клинико-эпизоотологического анализа. Взятие патологического материала от больных и павших животных для исследования, его консервация, этикетирование и транспортировка. Принцип вирусологического исследования:обнаружение вирусов биопробой на лабораторных животных, куриных эмбрионах, культуре клеток, их выделение, идентификация в серологических реакциях и доказательство этиологической роли. Принцип серологической диагностики: обнаружение противовирусных антител, установление динамики титра антител в сыворотках крови больных и переболевших животных. Экспресс-методы исследования: индикация вирусных антигенов, вирионов и телец-включений. Достоинства и недостатки каждого метода.
2.2. Частная вирусология
Изучение вирусных болезней: название и систематическое положение вируса; строение вирионов и их устойчивость к действию факторов внешней среды; патогенные свойства вируса и виды чувствительных к нему животных; методы культивирования в лабораторных условиях; антигенные свойства; вызываемые заболевания; методы диагностики; специфическая профилактика.
Вирусы, вызывающие заболевания нескольких видов животных: вирус бешенства, вирус оспы, вирус болезни Ауески, вирус ящура, вирусы гриппа млекопитающих.
Вирусы, вызывающие заболевания крупного и мелкого рогатого скота: вирус чумы, диареи, инфекционного ринотрахеита, парагриппа-3, респираторно-синцитиальной инфекции, аденовирусы крупного рогатого скота; вирус контагиозной эктимы, катаральной лихорадки овец.
Вирусы, вызывающие заболевания свиней: вирус африканской чумы, европейской чумы, болезни Тешена, трансмиссивного гастроэнтерита, везикулярной экзантемы свиней.
Вирусы, вызывающие заболевания лошадей: вирус гриппа, ринопневмонии, инфекционной анемии, африканской чумы лошадей.
Вирусы, вызывающие заболевания плотоядных: вирус чумы плотоядных, вирус инфекционного гепатита собак, парвовирусы плотоядных.
Вирусы, вызывающие болезни птиц: вирус болезни Ньюкасла, гриппа, инфекционного бронхита, инфекционного ларинготрахеита, болезни Марека, оспы-дифтерита птиц.
Раздел 3. ЭПИЗООТОЛОГИЯ И ИНФЕКЦИОННЫЕ
БОЛЕЗНИ ЖИВОТНЫХ
3.1. Общая эпизоотология
Эпизоотология как наука. Предмет и задачи эпизоотологии. История развития эпизоотологии, ее достижения. Роль отечественных ученых в развитии эпизоотологии. Эпизоотология и санитарная охрана окружающей Среды. Методы эпизоотологии. Связь эпизоотологии с другими науками. Современная эпизоотическая обстановка. Задачи эпизоотологии на современном этапе развития животноводства. Охрана здоровья людей от болезней, общих человеку и животным.
Инфекция и инфекционная болезнь. Типы взаимоотношений макро- и микроорганизмов. Определение понятия “инфекция-инфекционный процесс”. Стадии инфекции. Пути внедрения, локализации микроорганизмов и их токсинов в организме. Виды инфекции: экзогенные, эндогенные, смешанные, суперинфекция и реинфекция. Микробоносительство. Понятие о сепсисе, бактериемии, тосемии,септикопиемии. Инфекционная болезнь. Критерии (признаки) инфекционной болезни, отличаюшие ее от неинфекционых заболеваний. Триада Генле-Коха. Стадии развития и клиническое проявление инфекционной болезни: типичное и атипичное (абортивное, стертое, злокачественное), молниеносное, острое, подострое и хроническое с периодами ремиссий и рецидивов. Роль имммунологического состояния организма, условий внешней среды в возникновении и течении инфекционного заболевания. Понятие о патогенности и вирулентности микробов. Единицы измерения вирулентности. Методы ослабления и усиления вирулентности. Основные факторы патогенности (вирулентности): адгезивность, инвазивность, токсигенность, наличие капсул, IgA-протеаз, ферментов и др.
Сущность эпизоотического процесса. Эпизоотический процесс и его движущие силы. Эпизоотическая цепь и ее основные звенья. Источник возбудителя болезни, механизмы передачи возбудителя и восприимчивые животные. Закономерности развития эпизоотического процесса и стадийность эпизотий. Понятие об интенсивности эпизоотического процесса: спорадия, эпизоотия и панзоотия.
Эпизоотический очаг и природная очаговость инфекционных болезней. Понятие об эпизоотическом очаге, неблагополучном пункте и угрожаемой зоне. Виды эпизоотических очагов и их характеристика в зависимости от места их расположения и времени возникновения. Природная очаговость инфекционных болезней. Виды природных эпизоотических очагов и их структура. Природноочаговые болезни животных. Понятие об эпизоотологической географии. Основные принципы эпизоотологического районирования, прогнозирования.
Основы эпизоотологического анализа. Задачи эпизоотологического исследования. Эпизоотологическое обследование неблагополучного по инфекционной болезни пункта. Обьекты эпизоотологического обследования. Установление эпизоотологического диагноза, причин возникновения и распространения инфекционной болезни. Характеристика эпизоотического процесса и эпизоотического очага. Составление акта эпизоотилогического обследования.
Эволюция и классификация инфекционных болезней животных. Эволюция инфекционных болезней как процесс взаимного приспособления микробов-возбудителей и организма животных, а также изменения взаимодействия движущих сил эпизоотического процесса. Влияние иммунизации животных на эволюцию инфекционных болезней. Номенклатура и принципы классификации инфекционных болезней. Микробиологическая, зоологическая, антропоцентристическая, клинико-морфологическая и эпизоотологическая классификация инфекционных болезней.
Профилактика инфекционных болезней. Основные задачи и принципы противоэпизоотической работы. Противоэпизоотические мероприятия как единая государственная научно-обоснованая система профилактики и борьбы с инфекционными болезнями животных. Общая профилактика. Ветеринарный контроль при перевозке скота, продуктов и сырья животного происхождения, перегонах скота и т.д. Ветеринарный надзор на транспорте государственных границах. Профилактическое карантирование и диспансеризация. Охрана окружающей среды от инфицирования.
Специфическая профилактика как система мер, направленная на предупреждение появления определенной инфекционной болезни. Средства и методы специфической профилактики (специальные диагностические исследования, лечебно-профилактические средства, иммунопрофилактика). Биопрепараты, их характеристика и классификация. Иммунологическая эффективность вакцины и оценка вакцинации как противоэпизоотической меры. Поствакцинальные осложнения и реакции. Причины ослабления и прорыва поствакцинального иммунитета.
Система профилактических мероприятий в животноводческих хозяйствах, благополучных по инфекционным болезням. Меры по защите хозяйства от заноса возбудителей инфекционных болезней извне. Повышение иммунологической реактивности организма животных с одновременной санацией внешней Среды. Селекция пород, семейств и линий животных, генетически устойчивых к возбудителям инфекции. Особенности проведения профилактической проведения профилактической работы в отгонном животноводстве, в условиях специализации, межхозяйственной кооперации, в рыбоводных и пчеловодческих хозяйствах. Планирование и организация профилактических мероприятий.
Оздоровительные мероприятия и ликвидация инфекционных болезней. Основные направления борьбы с инфекционными болезнями. Мероприятия против источника возбудителя инфекции, против механизма передачи возбудителя инфекции, в отношении восприимчивых животных. Оздоровление неблагополучных хозяйств и ликвидация эпизоотического очага. Понятие о карантинных и ограничительных мероприятиях. Определение границ эпизоотического очага и угрожаемой зоны. Составление плана мероприятий по оздоровлению хозяйства от инфекционной болезни. Порядок наложения карантина или ограничений. Организация и проведение оздоровительной работы в эпизоотическом очаге. Организационно-хозяйственные, ветеринарно-санитарные и специальные мероприятия. Оценка эффективности противоэпизоотических мероприятий.
Терапия и лечебно-профилактические мероприятия при инфекционных болезнях. Эпизоотологическое и экономическое обоснование лечения животных. Особенности терапии при инфекционных болезнях. Этиотропное и симптоматическое лечение. Комплексное применение неспецифических и специфических лечебных средств. Значение санитарно-гигиенического режима. Средства и методы индивидуальной и групповой неспецифической и специфической терапии. Диетотерапия. Лечебные сыворотки и иммуноглобулины. Вакцинотерапия. Бактериофаги и препараты микробов-антогонистов. Лечение антибиотиками, сульфаниламидами, нитрофуранами и другими антимикробными средствами.
Дезинфекция. Место и значение дезинфекции, дезинсекции и дератизации в комплексе противоэпизоотических мероприятий. Характеристика дезинфицирующих средств. Виды и способы дезинфекции. Дезинфекционная техника. Организация и техника проведения дезинфекции различных обьектов (помещений, инкубаторов, транспорта и т.д.). Обеззараживание кормов, питьевой воды и сточных вод, навоза и других объектов. Способы контроля эффективности дезинфекции. Методы и средства дератизации и дезинсекции.
2. ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ
Изучение инфекционных болезней: определение болезни; история изучения и эволюция болезни; географическое распространение болезни, ее эпизоотологическая и экономическая значимость; этиология болезни; эпизоотологические данные( восприимчивость к возбудителю болезни отдельных видов животных и человека, источники и резервуар возбудителя болезни; характер распространения; влияние внешней среды, природно-географических и социально-экономических факторов на интенсивность эпизоотического процесса); патогенез; клиническая картина (инкубационный период, течение болезни и ее формы проявления, симптоматика); патоморфологическая картина болезни; диагноз; дифференциальный диагноз; терапия; иммунитет и иммунизация; профилактика и меры борьбы с болезнью.
Болезни, общие для нескольких видов животных: сибирская язва, ящур, туберкулез, бруцеллез, бешенство, болезнь Ауески, лептоспироз, листериоз, пастереллез, некробактериоз, оспа, туляремия, столбняк, ботулизм, псевдотуберкулез, трихофития, микроспория.
Болезни жвачных животных: Эмфизематозный карбункул, паратуберкулез, кампилобактериоз, чума крупного рогатого скота, контагиозная плевропневмония, лейкоз крупного рогатого скота, инфекционный ринотрахеит, парагрипп, вирусная диарея крупного рогатого скота, чума верблюдов, брадзот, инфекционная энтеротоксемия овец, контагиозная эктима, хламидиозный аборт овец, копытная гниль, инфекционный мастит овец, инфекционная агалактия овец и коз, инфекционная плевропневмония коз.
Болезни свиней: чума, африканская чума, рожа, трансмиссивный гастроэнтерит, грипп, энзоотическая бронхопневмония, инфекционный атрофический ринит, болезнь Тешена, везикулярная болезнь, дизентерия, гемофилезы.
Болезни лошадей: сап, эпизоотический лимфангит, мыт, ринопневмония, инфекционная анемия, грипп, инфекционный энцефаломиелит.
Болезни молодняка: сальмонеллез, колибактериоз, стрептококкозы, стафилококкозы, анаэробная дизентерия ягнят.
Болезни птиц: пуллороз, сальмонеллез, грипп, Ньюкаслская болезнь, лейкоз, болезнь Марека, инфекционный ларинготрахеит, респираторный микоплазмоз, орнитоз, вирусный гепатит утят, инфекционный синусит утят, инфекционный брсит кур, инфекционный бронхит.
Болезни собак и пушных зверей: чума плотоядных, инфекционный гепатит плотоядных, алеутская болезнь норок, миксоматоз кроликов, вирусный энтерит.
Болезни пчел: американский гнилец, европейский гнилец, мешотчатый расплод, гафниоз, вирусный паралич, аспиргиллез, аскосфероз, меланоз.
Болезни рыб: Краснуха карпов, воспаление плавательного пузыря, фурункулез лососевых.
Раздел 4. МИКОЛОГИЯ С МИКОТОКСИКОЛОГИЕЙ
Возбудители болезней, вызываемых микроскопическими грибами: Возбудители микозов – совершенные плесневые (мукор, пенициллы, аспергиллы), дрожеподобные (возбудитель кандидамикоза, возбудитель кокцидиомикоза, возбудитель эпизоотического лимфангита) грибы и дерматомицеты (возбудитель трихофитии, микроспории, фавуса). История открытия. Распространение в природе, значение в патологии человека и сельскохозяйственных животных. Особенности морфологии и культивирования, биологическая активность, спектр патогенности. Устойчивость к физико-химическим факторам и во внешней среде. Круг восприимчивых животных.
Лабораторная диагностика микозов. Отбор материала для исследования. Схема микологического анализа. Значение микроскопического метода исследования в диагностике микозов. Диморфизм некоторых видов грибов. Аллергическая диагностика. Критерии дифференциации возбудителей микозов.
Иммунитет при микозах. Особенности иммунитета при различных микозах. Перспективы иммунопрофилактики микологических заболеваний животных. Вакцина ЛТФ-130 для специфической профилактики трихофитии крупного рогатого скота. Биопрепараты.
Возбудители микотоксикозов. Плесневые несовершенные (фузариум, стахоботриум, дендродохиум) и совершенные (в некоторых случаях – аспергиллы) грибы. История открытия. Распространение в природе, значение в патологии человека и животных. Морфология и биологические особенности: токсигенность, культуральные свойства, спектр патогенности, устойчивость. Характеристика наиболее известных микотоксинов: афлотоксины, охратоксины, пеницилловая кислота, трихотецены, рубратоксины, зеараленон и др.
Лабораторная диагностика микотоксикозов. Отбор материала для исследования. Значение токсико-биологического, микологического и физико-химического анализов. Дифференциация грибов – возбудителей микотоксикозов по морфологическим признакам.
Иммунитет и перспективы специфической профилактики микотоксикозов. Биопрепараты.
Раздел 5. ИММУНОЛОГИЯ
Иммунология как наука. Задачи иммунологии. Основные вехи в развитии иммунологии (Дженнер, Пастер, Мечников, Эрлих, Ландштайнер, Бернет, Кебот, Дорсе, Эдельман, Мильстайн, Келлер, Ерне и др.). Определение понятия иммунитет. Иммунная система и ее функции. Центральные и периферические органы иммунной системы. Функция Т- и В- лимфоцитов. Кооперативные взаимоотношения в иммунном ответе с участием антигенов комплекса гистосовместимости, фагоцитов, Т- и В- лимфоцитов. Формы иммунного реагирования: синтез антител и клеточных факторов, иммунологическая память, толерантность, аллергия.
Антигены. Понятие “антиген”. Аллогенные, изогенные и ксеногенные антигены. Антигены бактериальной клетки: поверхностные, соматические, жгутиковые. Факторы, влияюшие на свойства антигена: чужеродность, молекулярная масса, строение веществ, иммуногенность, специфичность. Антигенные детерминанты. Антигенная специфичность: видовая, групповая, типовая и др.
Антитела. Понятие “антитела”. Природа и функция антител. Структура иммуноглобулинов различных классов. Понятие об активном центре антител. Первичный и вторичный иммунный ответы. Понятие о “нормальных” т “неполных” антителах. Моноклональные антитела. Принципы получения моноклональных антител. Основные отличительные свойства моноклональных антител от поликлональных. Феномены взаимодействия антиген-антитело, используемые при диагностике инфекционных болезней: нейтрализация, иммунофлуоресценции, иммуноферментный метод, агглютинации, преципитации, связывания комплемнта и др.
Аллергия. Понятие “аллергия”, типы аллергии. Гиперчувствительность немедленного и замедленного типов. Характеристика аллергенов. Механизм развития гиперчувствительности обоих типов. Инфекционная аллеригия.
Иммунологическая толерантность. Факторы, обуславливающие толерантность. Иммунопатологические реакции. Иммунодефициты. Иммуностимуляция и принципы иммунокоррекции. Адьюванты.
Виды иммунитета. Приобретенный иммунитет: постинфекционный, поствакцинальный, активный и пассивный, колостральный, антитоксический, стерильный и нестерильный; местный иммунитет.
Понятие о естественной резистентности макроорганизма. Факторы резистентности, передающиеся по наследству. Взаимодействие специфических и неспецифических факторов в формировании устойчивости макроорганизма к возбудителям инфекционных болезней. Гуморальные и клеточные формы защиты. Возрастные особенности иммунологического статуса животных.
Иммунопатология (аутоиммунные болезни, болезни иммунных комплексов, иммунодефицитные состояния). Понятие “аутоантигены” и “аутоантитела”. Этиология и патогенез иммунопатологических болезней. Регуляция иммунных реакций, иммунотерапия и иммунокоррекция. Методы диагностики.
Биопрепараты. Биотехнологические основы производства. Принципы контроля на чистоту роста, безвредность, реактогенность и активность.
