UA134575U - Спосіб проведення моніторингу впливу хімічних речовин на біоорганізми у кількох інтервалах часу - Google Patents
Спосіб проведення моніторингу впливу хімічних речовин на біоорганізми у кількох інтервалах часу Download PDFInfo
- Publication number
- UA134575U UA134575U UAU201812443U UA201812443U UA134575U UA 134575 U UA134575 U UA 134575U UA U201812443 U UAU201812443 U UA U201812443U UA 201812443 U UA201812443 U UA 201812443U UA 134575 U UA134575 U UA 134575U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- organisms
- chemicals
- monitoring
- methods
- biological
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000975 dye Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000010186 staining Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 claims description 9
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 claims description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 claims description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 claims description 2
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 claims 2
- 241001290610 Abildgaardia Species 0.000 claims 1
- 235000003913 Coccoloba uvifera Nutrition 0.000 claims 1
- 206010010071 Coma Diseases 0.000 claims 1
- 235000005459 Digitaria exilis Nutrition 0.000 claims 1
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 claims 1
- 244000025221 Humulus lupulus Species 0.000 claims 1
- 235000008694 Humulus lupulus Nutrition 0.000 claims 1
- 241000087799 Koma Species 0.000 claims 1
- 241000283965 Ochotona princeps Species 0.000 claims 1
- 208000005141 Otitis Diseases 0.000 claims 1
- 240000008976 Pterocarpus marsupium Species 0.000 claims 1
- 244000046146 Pueraria lobata Species 0.000 claims 1
- 235000010575 Pueraria lobata Nutrition 0.000 claims 1
- 101100020289 Xenopus laevis koza gene Proteins 0.000 claims 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 208000019258 ear infection Diseases 0.000 claims 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 claims 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 15
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 12
- 238000011160 research Methods 0.000 description 9
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 8
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 6
- 239000000556 agonist Substances 0.000 description 6
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 6
- YDIKCZBMBPOGFT-PWUSVEHZSA-N Malvidin 3-galactoside Chemical compound [Cl-].COC1=C(O)C(OC)=CC(C=2C(=CC=3C(O)=CC(O)=CC=3[O+]=2)O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O2)O)=C1 YDIKCZBMBPOGFT-PWUSVEHZSA-N 0.000 description 5
- PXUQTDZNOHRWLI-QOPOCTTISA-O Primulin Natural products O(C)c1c(O)c(OC)cc(-c2c(O[C@H]3[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](CO)O3)cc3c(O)cc(O)cc3[o+]2)c1 PXUQTDZNOHRWLI-QOPOCTTISA-O 0.000 description 5
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 102000005962 receptors Human genes 0.000 description 3
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 description 3
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- VLSMHEGGTFMBBZ-UHFFFAOYSA-N alpha-Kainic acid Natural products CC(=C)C1CNC(C(O)=O)C1CC(O)=O VLSMHEGGTFMBBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005557 antagonist Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 2
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 2
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- BFMYDTVEBKDAKJ-UHFFFAOYSA-L disodium;(2',7'-dibromo-3',6'-dioxido-3-oxospiro[2-benzofuran-1,9'-xanthene]-4'-yl)mercury;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Na+].O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC(Br)=C([O-])C([Hg])=C1OC1=C2C=C(Br)C([O-])=C1 BFMYDTVEBKDAKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000003256 environmental substance Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 150000002475 indoles Chemical class 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229950006874 kainic acid Drugs 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012543 microbiological analysis Methods 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 229940044601 receptor agonist Drugs 0.000 description 2
- 239000000018 receptor agonist Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000018899 Glutamate Receptors Human genes 0.000 description 1
- 108010027915 Glutamate Receptors Proteins 0.000 description 1
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 1
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 1
- 239000004365 Protease Substances 0.000 description 1
- 102100037486 Reverse transcriptase/ribonuclease H Human genes 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229960004373 acetylcholine Drugs 0.000 description 1
- -1 antibodies Substances 0.000 description 1
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 1
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 1
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 238000002306 biochemical method Methods 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 238000005460 biophysical method Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000001086 cytosolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000002964 excitative effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229960003692 gamma aminobutyric acid Drugs 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 210000001320 hippocampus Anatomy 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 1
- 230000003189 isokinetic effect Effects 0.000 description 1
- VLSMHEGGTFMBBZ-OOZYFLPDSA-N kainic acid Chemical compound CC(=C)[C@H]1CN[C@H](C(O)=O)[C@H]1CC(O)=O VLSMHEGGTFMBBZ-OOZYFLPDSA-N 0.000 description 1
- 239000002502 liposome Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 210000002161 motor neuron Anatomy 0.000 description 1
- 210000003463 organelle Anatomy 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 229940075993 receptor modulator Drugs 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 1
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000003612 virological effect Effects 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Спосіб проведення моніторингу екологічної (хімічної) безпеки територій шляхом вивчення впливу хімічних речовин на біоорганізми, причому здійснюють поєднані роботи у кількох часових інтервалах, які відображають відповідно різні групи процесів життєдіяльності організмів на різних рівнях ієрархії, на які впливають ці хімічні речовини: - на початкових етапах дії хімічних речовин застосовують методи реєстрації змін електричних характеристик мембран клітин біоорганізмів - методи мікроелектродів, patch-clamp, voltage-clamp та ін.; - на другому етапі застосовують методи прижиттєвого забарвлення внутрішньоклітинного вмісту біоорганізмів барвниками, чутливими до впливу досліджуваних хімічних речовин (флуоресцентними барвниками та ін.); - на третьому етапі - виконують збір, обробку отриманих даних от біоорганізмів (біологічних організмів-індикаторів), якісного та кількісного складу їх популяцій; отримана інформація надходить безпосередньо у бази даних електронних мережевих інформаційних систем для виконання обчислень, аналізу, зберігання та моделювання.
Description
Запропонована корисна модель належить до галузей екологічної безпеки, екології для розширення їх науково-технічних можливостей для моніторингу, вивчення механізмів дії хімічних речовин на організми-біоїндикатори в широкому діапазоні часу: від моменту початку дії хімічної речовини до віддалених наслідків через кілька років (у т. ч. дії речовин-забруднювачів довкілля); також до біофізики та біотехнології для поглибленого вивчення дії на організм хімічних речовин.
Відомий спосіб організації моніторингу стану довкілля з відбором проб у довкіллі та їх аналітичним дослідженням |1Ї. Описана технічна мережева аналітична система для комплексного аналізу і відбору проб біофізичних аерозолів містить електронний мікроскоп, телевізійний мікроскоп, виконаний на базі біологічного мікроскопа з волоконно-оптичним освітлювачем бокового освітлення великих полів предметної площини для визначення гранулометричного складу і питомої щільності частинок у відібраній пробі. Аналітична система має електронні ваги і багатоканальний пробовідбірник з усмоктувальними каналами. Останні з'єднані з різновидними вловлюючими елементами з підкладками для відбору проб, фільтром, живильними середовищами, термостійкою касетою для підкладок, імпакторами і наконечниками для ізокінетичного відбору. Наконечники мають поворотні перехідники та встановлені на імпакторах. Підкладки для мікробіологічного аналізу виконані з заглибленнями і з плоскими кришками, прозорими для світлового та електронного потоків зондуючого випромінювання.
Живильне середовище поміщене у заглибленнях. Підкладки для осадження фізико-хімічних аерозолів виконані у вигляді кришок, аналогічних кришок підкладок для мікробіологічного аналізу. Спосіб дозволяє здійснити комплексний аналіз і відбір проб біофізичних аерозолів.
Корисна модель підвищує вивчення природи мінералогічних, фізичних, бактеріальних і вірусних аерозолів, дозволяє вживати заходів з охорони навколишнього середовища.
Недоліками цього способу є наступне. 1. У таку систему моніторингу надходить та вивчається інформація щодо аерозолів, проте багато хімічних речовин в організми може потрапляти іншим шляхом - з рідинами та з твердих зразків, на аналіз яких необхідно звертати особливу увагу. 2. У таку систему моніторингу надходить лише інформація про обмежену кількість речовин, сполук у довкіллі, які Є шкідливими для організмів. 3. Достатньо обмежений інтервал часу після дії хімічної речовини, протягом якого можна реєструвати зміни та
Зо виконувати моніторинг. Внаслідок вищенаведеного у прототипі (1| неможливо відслідковувати зміни концентрацій деяких інших речовин, наприклад, неможливо попередити аварійні ситуації у довкіллі при підвищенні концентрацій сполук - похідних фенолів, індолів тощо, проте їх наявність у середовищі може призводити і до летальних наслідків. 4. Моніторинг за прототипом
ПІ не дає можливості відслідковувати ті оптичні характеристики внутрішнього середовища, що характеризують реакцію організму на хімічні речовини довкілля.
Найближчий аналог до запропонованого технічного рішення є система організації моніторингу (21, згідно з якою, у регіоні моніторингу розміщують стаціонарні і мобільні контрольні пости, оснащені вимірювальною апаратурою. Реєструють і аналізують різні параметри середовища. Так, реєструють сигнали гідрофізичних полів, проводять хемілюмінесцентний, хроматографічний, іонселективний, спектральний і радіометричний аналізи. Крім того, реєструють сигнали акустичного імпедансу донних шарів, детектують молекулярні спінові взаємодії протонів морської води, виявляють артефакти, обумовлені магнітогідродинамічними, біоелектричними і концентраційними ефектами, визначають вміст синтетичних поверхнево- активних речовин у водному середовищі, концентрацію хлорофілу, мікроорганізмів, фітопланктону, зоопланктону. Отриману інформацію передають на пристрої документування і виконують моделювання. Для реалізації способу запропонована система, до складу якої входить водозабірна лінія з розміщеними на ній численними датчиками гідрофізичних полів, спектрометра протонного спінового відлуння та ін., пристроями для реєстрації кількості хлорофілу, мікроорганізмів, фітопланктону, зоопланктону, центрифугою та ін. Більш того, запропонована система містить пристрої хемілюнесцентного, хроматографічного, іонселективного, спектрального, радіометричного аналізів, спектрометр іонізуючих випромінювань, атомно-абсорційно спектрофотометр, рентгено-флуоресцентний аналізатор, телевізійні датчики, датчики інфрачервоного випромінювання, датчики теплового випромінювання, гідролокатор бокового огляду, багатопроменевий ехолот та ін., датчики для виявлення метану і сірководню.
Недоліками найближчого аналога |2| є те, що 1 - така система не спеціалізована для виконання функцій моніторингу стану довкілля на великих територіях суходолу (оскільки була розроблена для моніторингу моря та узбережжя); 2 - перелік типів хімічних речовин - забруднювачів довкілля, що можна зареєструвати, є достатньо обмеженим; 3 - система- бо прототип не відслідковує вплив хімічних речовин на біоорганізми у інтервалах часу одразу після дії речовини та через кілька (багато) років після цього; 4 - система-прототип занадто переобтяжена обладнанням; 5 - прототип є занадто дорогим, трудомістким та наукоємним для проведення регулярних робіт з аналізу хімічних забруднювачів, а особливо при виконанні експрес-аналізу зразків виїзною лабораторією на забрудненій місцевості; це ставить під сумнів ефективність роботи такої системи як експрес-системи моніторингу.
В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб організації системи моніторингу без відповідних недоліків найближчого аналога (1| та (2)| для моніторингу й поглибленого широкомасштабного вивчення дії великого переліку типів хімічних речовин на організми-біоіндикатори в широкому діапазоні часу: від моменту початку дії хімічної речовини до віддалених наслідків через кілька років (у т. ч. дії речовин-забруднювачів довкілля).
Вирішення полягає у тому, що необхідно застосувати спосіб організації проведення моніторингу та/або вивчення дії хімічних речовин на біоорганізми, який відрізняється тим, що при його організації поєднують роботи у кількох часових інтервалах; ці інтервали відображають відповідно різні групи процесів життєдіяльності організмів на різних рівнях ієрархії, на які можуть впливати ці хімічні речовини; їм відповідають різні групи науково-дослідницьких, технічних методів; на початкових етапах дії хімічних речовин застосовують методи реєстрації змін електричних характеристик мембран клітин - методи мікроелектродів, раїсп-сіатр, мопаде-сіатр та іно; на другому етапі - методи прижиттєвого забарвлення внутрішньоклітинного вмісту барвниками, чутливими до впливу досліджуваних хімічних речовин (флуоресцентними барвниками та ін.); на третьому етапі - методи збору, визначення та обліку біологічних організмів-індикаторів (якісного та кількісного складу їх популяцій); отримана інформація надходить безпосередньо у бази даних електронних мережевих інформаційних систем для виконання обчислень, аналізу, зберігання, моделювання та інших процедур.
Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає у тому, що запропонований спосіб дозволяє розширення функціональних можливостей на якісно новому рівні. Так, він дозволяє набагато краще, ніж найближчий аналог: 1 - виконувати моніторинг на якісно новому рівні наслідків дії набагато більшої кількості типів різних хімічних речовин та більш ефективно; 2 - вивчати вплив на біомедичні об'єкти найбільш точними на сьогоднішній день біофізичними методами; 3 - виконувати моніторинг наслідків дії хімічних
Зо речовин на організми-біоїндикатори у будь-який момент часу: від моменту початку дії хімічної речовини до віддалених наслідків через кілька років; 4 - реєструвати безпосередній вплив хімічних речовин довкілля на внутрішні процеси у клітинах організму завдяки змінам оптичних характеристик їх вмісту; 5 - виконувати моніторинг стану не тільки одноклітинних, але й багатоклітинних організмів; 6 - записувати у мережі у пам'ять комп'ютерів отримані результати як у вигляді оцифрованих електричних, оптичних сигналів (в т. ч. у локальних і мережевих базах даних - БД), візуалізовувати їх, виконувати процесінг, аналіз та вивід даних, їх передачу із застосуванням всіх переваг мережевих технологій; 7 - реалізувати спосіб набагато дешевшими засобами без втрати якості моніторингу. Для розробленої нами системи моніторингу з широкими часовими інтервалами моніторингу була введена загальна назва "Екологічна інформаційна система" - "ЕкоЇС" (аНга."Есоі!5", рос. "ЗкоЙсС")
Таким чином, суть запропонованого способу досягнута за рахунок того, що роботи з моніторингу та/або дослідження дії хімічних речовин на біооб'єкт організують відповідно до схеми на фігурі 1 у різних часових інтервалах, на основі БД, з безпосереднім та/або дистанційним доступом системою моніторингу, що містить підсистеми трьох типів. Часові інтервали моніторингу на цих трьох етапах (відповідно, трьома підсистемами) можуть не співпадати. У залежності від поставлених завдань моніторинг можна виконувати протягом одного, другого або третього етапів послідовно, або паралельно; або виключивши один або два етапи з трьох етапів та виконуючи роботи, відповідно, у рамках вибраних одного або двох етапів. Виконання вказаних трьох етапів робіт у складі електронної системи моніторингу "ЕкоЇС" наведене на фігурі 2.
Фіг. 1 Схема організації виконання робіт з моніторингу та дослідження дії хімічних речовин на біооб'єкти. Різні етапи проведення робіт окреслені пунктирними лініями й відповідно позначені на фігурі 1.
Р2 - Етап 1. Реєстрація змін електричних характеристик досліджених біооб'єктів у відповідь на безпосередню дію хімічних речовин на мембрани їх клітин. На першому етапі виконують моніторинг у перші миттєвості після дії на організм шкідливих речовин протягом інтервалів часу до кількох хвилин, реєструють перші електричні реакції нейронів організму на дію шкідливих речовин.
РЗ - Запис змін електричних характеристик досліджених біооб'єктів у відповідь на безпосередню дію хімічних речовин на мембрани їх клітин у цифровому вигляді у БД комп'ютера, обробка цих даних, математичне та програмне моделювання на їх основі.
РА - Етап 2. Оптична реєстрація змін у клітинах біоорганізмів у відповідь на дію хімічних речовин, за допомогою методик внутрішньоклітинних барвників (флуоресцентних (примулін та ін.) тощо). На другому етапі виконують моніторинг у інтервали часу від кількох хвилин до кількох годин після дії на організм шкідливих речовин; таким чином реєструють зміни в біохімічних процесах клітин у відповідь на цей вплив.
Р5 - Етап 3. Збір, визначення та облік біологічних організмів-індикаторів, як індивідуальних організмів, так і з аналізом якісного та кількісного складу їх популяцій. На третьому етапі виконують моніторинг у інтервалах часу довжиною місяці-роки після дії на організми шкідливих речовин; таким чином реєструють зміни на рівні організмів та їх популяцій у відповідь на цей вплив.
Інші позначення - на схемі. Зі схеми видно, що результати на всіх етапах моніторингу та/або дослідження дії хімічних речовин у чисельному вигляді надходять у електронні БД з наступними можливостями їх обробки, пересилки та інших процедур за допомогою переваг сучасних інформаційно-комп'ютерних технологій.
Фіг. 2. Організація всіх етапів виконання робіт з моніторингу забезпечується технічною системою "ЕкоЇС" - "Екологічною системою моніторингу". Числові значення інтервалів часу, які відповідають етапам 1, 2, 3, наведені на цій схемі, можуть відрізнятися у залежності від кожного конкретного випадку моніторингу й дослідження. Позначення - на схемі.
Як додаткову інформацію щодо всіх етапів організації з виконання робіт необхідно вказати наступне. 1 - У технічну систему моніторингу "ЕкоЇС" вводять підсистему Р5 для етапу З - обліку та дослідження біологічних організмів-біоіндикаторів, обладнану пастками та іншими засобами, в т. ч. для механічного збору таких організмів, оптичними мікроскопами, оптичними скануючими системами, іншим відповідним обладнанням та наборами хімічних речовин для реалізації збору й дослідження біоорганізмів, визначниками видів у електронному та/або паперовому вигляді, відповідними базами даних (БД), системами управління базами даних (СУБД) та іншим
Зо програмним забезпеченням, комп'ютерною та мережевою технікою із засобами виходу у локальні та/або глобальні інформаційні мережі (у т. ч. всесвітню мережу Інтернет) (фіг. 3.
Підсистема Р5. Фрагмент реляційної таблиці з бази даних підсистеми Р5 про організми- біоіндикатори, на прикладі Мосіцідає (І ерідорієга) - комах-нічниць). 2 - У "ЕкоІС" вбудовують підсистему РА - принаймні одну сенсорну оптичну підсистему для етапу 2 - оптичної реєстрації сигналів від клітин організмів, що містить мікроскоп з відповідним додатковим обладнанням для роботи в діапазонах хвиль оптичному та ближнього ультрафіолету й застосуванням внутрішньоклітинних оптично-активних маркерів, сканери та інші пристрої оптичного детектування. В наших експериментах застосовували ряд речовин- флюорохромів (примулін та інші). Крім того, в наших експериментах дію електричних та хімічних сигналів на вході візуалізували за допомогою змін інтенсивності світлового потоку ("спалаху") від комплексів білююових молекул з флюорохромом (фіг. 4. Приклад зареєстрованої реакції- відповіді при оптичній реєстрації дії хімічних речовин на клітину біооб'єкту. Застосовано маркер- флюорохром примулін. Посилення світіння молекулярних комплексів білок-примулін в нейронах після дії агоністів. Видно флуоресціюючі гранули, що містять комплекси примуліна з білками цитоплазми: а - контроль: слабка флюоресценція при відсутності дії агоністів; б, в - посилена флюоресценція нейронів після 5-40 хв. від початку дії збуджуючих агоністів (б - ГАМК, в - ацетилхолін)).
З - Для реалізації робіт етапу З у "ЕкоЇїС" вбудовують підсистему Р2: принаймні одну сенсорну групу з датчиком - біосенсором, або біосенсорною тест-системою (БТС) з біологічним фрагментом (БФ) Біосенсор БТС з БФ містить частини: механіко-гідравлічну з біологічним фрагментом БФ, електричну та комп'ютерну, за допомогою чого можлива реєстрація електричних імпульсів, що характеризують дію різних хімічних речовин (фіг. 5). При реєстрації таких нових отриманих даних, їх можна записувати у пам'ять комп'ютерів (в т. ч. у локальні та мережеві БД, підсистема РЗ). (фіг. 5. Блок-схема технічної біосенсорної тест-системи (БТС) у загальному вигляді. На вхід цієї системи інформація надходить у вигляді електричних або хімічних сигналів, на виході системи після перетворень інформацію реєструють у вигляді електричних сигналів. Принаймні одну таку БТС вбудовують у застосовану, розроблену нами систему моніторингу). 4 - Перед початком роботи БТС зразки Бф (у т. ч. молекули його поверхні) проходять 60 попередню обробку за спеціально розробленими процедурами, включаючи обробку ферментами (комплексами протеаз) із А. огулає (Аврегодіїйи5 огугає) та/або ін. речовинами у розчинах зі спеціально підібраним сольовим складом, у рідких середовищах, що контактують із газовими середовищами відповідного складу, температурними та часовими режимами обробки - все це виключає загибель БФ та зберігає у робочому стані молекули біосенсорів БФ, через які проходять електричні струми. Чутливий шар БФ (наприклад мембрана, інше) містить біологічний матеріал: ферменти, тканини, бактерії, антигени, антитіла, ліпосоми, органели, рецептори, інше. 5 - Речовини, що наносять на зразок Бф і які діють на біологічні рецептори, отримують за допомогою різноманітних хімічних та біохімічних методик, що значно розширює перелік хімічних речовин, які можна досліджувати й аналізувати у БТС. У тому числі стає можливим вивчати дію таких небезпечних органічних речовин-забруднювачів довкілля, як деякі похідні фенолів та індолів. б - Досліджуючи зразки біооб'єктів у підсистемі з датчиком - біосенсором БТС з БФ, БФ переносять до цієї підсистеми, яка складається з кількох основних блоків: механіко- гідравлічного, електричного та комп'ютерного (фіг. 5.). 7 - Спочатку БФ вміщують у механіко-гідравлічний блок БТС. БФ можна замінювати у залежності від їх типу та типу хімічних речовин, що аналізують, а також БФ виконують роль первинної ланки в біосенсорі, де вони можуть виконувати також функції біодетектора та біоаналізатора діючих речовин. 8 - У БФ виникає імпульс електричного струму, оскільки БФ містить рецептори хімічних речовин (антагоністів, модуляторів, ін-). Ці речовини подають безпосередньо на БФ, його молекули активуються відповідним рецепторним агоністом і в результаті цієї активації виникає імпульс електричного струму з фізичними характеристиками, які підлягають точному вимірюванню та реєстрації у електричному блоці БТС (ця реакція може вимірюватись з високою точністю). 9 - Активація біосенсора з БФ, що призводить до виникнення електричних імпульсів внаслідок аплікації агоніста на БФ, відбувається протягом короткого періоду часу за методом "фіксації концентрації" (сопсепігайоп сіатр). Періоди аплікації речовин на БФ розділяються іншими періодами, коли агоніст не подається до біосенсора.
Зо 10 - У електричному блоці БТС вимірюють також зміну відповіді БФ (імпульсу електричного струму), спричинену деактивацією біосенсора, активованого агоністом рецептора або модулятором, при цьому перевага надається способам вимірювання мікроелектродами з використанням методів патч-кламп (раїсп-сіатр) з фіксацією потенціалу (моПаде-сіатр).
Додатково у біосенсорі реалізований метод "фіксації концентрації" для вимірювання швидких змін електричних струмів у відповідь на вплив хімічних речовин, у т. ч. шкідливих та токсичних забруднювачів довкілля.
На фігурі б наведені записи електричних сигналів, зареєстровані "ЕкоЇС" під час експериментів при дії на БТС з БФ хімічним антагоністом - блокатором глутаматних рецепторів мембран У5БТХ-3 як експериментальне підтвердження розробленого способу. Наведені електричні сигнали були отримані в при реєстрації трансмембранних електричних струмів із застосуванням методу фіксації потенціалу на мембрані (БФ); як об'єкти - мембрани нейронів гіпокампу щура (подібні експерименти ми проводили також на численних об'єктах інших типів: мотонейронах, нейронах головного мозку щура, інших різноманітних живих об'єктах протягом багаторічних досліджень). Фіг. б. Електричні сигнали на виході біосенсорної підсистеми.
Блокування КК-активованих електричних трансмембранних струмів токсином 9У51Х-3 при значенні підтримуваного потенціалу -30 мВ. Записи зроблені послідовно на одному нейроні.
Концентрація агоніста електричних струмів - каїнової кислоти (КК) становила 1 ммоль/л.
Концентрація токсичної речовини /51Х-3 становила 107 моль/л). 11 - У комп'ютерному блоці БТС відбувається запис електричних сигналів від біосенсорів
БФ, їх процесінг та довготривале зберігання у пам'яті локального комп'ютера. 12 - Той факт, що у мережеву технічну систему із локальними та мережевими БД вбудовані підсистеми для оптичної реєстрації та БТС з БФ, створює можливість запису у пам'ять мережевих комп'ютерів отримані результати, візуалізовувати їх, виконувати процесінг, аналіз та вивід даних. Наявність БТС у складі мережевої, М/ЕВ-базованої системи моніторингу створює можливість передачі, розповсюдження даних із використанням усіх можливостей та переваг мережевих технологій.
Таким чином, досягнуто значні переваги заявленого способу у порівнянні з найближчим аналогом за рахунок того, що при його організації поєднані роботи у кількох часових інтервалах відповідно до представленої схеми; ці інтервали відображають відповідно різні групи процесів бо життєдіяльності організмів на різних рівнях ієрархії, на які можуть впливати ці хімічні речовини;
їм відповідають різні групи науково-дослідницьких, технічних методів реєстрації впливу хімічних речовин. Широкомасштабне екологічне сканування стало можливим за рахунок функціональних можливостей введених підсистем: 1 - для збору, дослідження та обліку організмів- біоїндикаторів, 2 - з використанням методик оптично-активних маркерів та З - спеціально розроблену БТС зі змінним БФ для реєстрації електричних хемокерованих (хемоактивованих) трансмембранних струмів. Завдяки цьому були розширені межі реєстрації змін в організмах при дії на них хімічних речовин, межі моніторингу цих змін у часі. Стає можливим дослідження речовин з трьох фаз довкілля - з твердої, рідкої, газоподібної. Стало можливим одночасно реєструвати зміни при дії хімічних речовин на біоорганізми як у їх клітинах, так і на поверхневих мембранах з наступною реєстрацією впливу хімічних речовин на популяції біоорганізмів.
Реалізація заявленого способу не потребує залучення таких значних коштів, як найближчий аналог.
Джерела інформації: 1. Патент ВО 2145706. Аналітична система комплексного аналізу та відбору проб біофізичних аерозолів / Автори: Немцов В.И.; Немцов А.В. Дата подачі заявки 11.12.1997, дата публікації 20.02.2000 пИр//ги-раїепііпто/21/45-49/2145706.Піті. 2. Раїєпі ВО 2443001 С1. Меїйой ог Ше гедіоп'є есоіодіса! 5іаїє даїа соїІесіоп апа ап ашотаїгеа 5убієт ої есоЇодіса! топіюгіпд апа етегдепсу топіюгіпа ої Ше гедіопа! епмігоптепі /
Іпуепіоге: АІеКзеєм 5.Р., Китвіп 5.В., МаївепКо 5.В. єї аї. Рійопу даїе: 2010-08-05. Рієд: 2010-08- 05. Іввиєйд: 2012-02-20. перз//раїєпів.доодіє.сот/раїеп/НО2443001С1/еп?д-раїепівд-есоіодуєд-ацаїйаймева-дцап
Шайме--апаімвізраде-3.
Claims (1)
- ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ25 Спосіб проведення моніторингу екологічної (хімічної) безпеки територій шляхом вивчення впливу хімічних речовин на біоорганізми, який відрізняється тим, що здійснюють поєднані роботи у кількох часових інтервалах, які відображають відповідно різні групи процесів життєдіяльності організмів на різних рівнях ієрархії, на які впливають ці хімічні речовини:Зо - на початкових етапах дії хімічних речовин застосовують методи реєстрації змін електричних характеристик мембран клітин біоорганізмів - методи мікроелектродів, раїсп-сіатр, моїаде- сіатр та ін.;- на другому етапі застосовують методи прижиттєвого забарвлення внутрішньоклітинного вмісту біоорганізмів барвниками, чутливими до впливу досліджуваних хімічних речовин35 (флуоресцентними барвниками та ін.);- на третьому етапі - виконують збір, обробку отриманих даних от біоорганізмів (біологічних організмів-індикаторів), якісного та кількісного складу їх популяцій; отримана інформація надходить безпосередньо у бази даних електронних мережевих інформаційних систем для виконання обчислень, аналізу, зберігання та моделювання.- . жк Ук ух дтасуй шт ж ут ат Логічна схема роботи ур ж что нок юк ою жи ть сю жи ск жо жи с чить ою захо ото ее ексю тю сего неї сою т отчет ев ех есте со есе чех отчет, Кк г Ї ! з Н ї Емі, ї ««вихоні - : ї ку о Нейрону | М ейоков раохтиомихрної З - митці й М Кз їх хікдосеой фляннннняяяяяляняяяяи у - вки й пппяся яння нях ххх яя ач ятх ххх вт модели жнх 3 И М 3 Рі оцих З пом З отюореннх З фронт. ! яопуекоя БА рон з : немтяютікя, 3. - НН ПІ. з ї (ех У є с унстІмУ 3 Н Й тЕвК" ; і Б ц щк | по ї днк ж тя село кис ск юку юьсь ск кино жиж ся лежить ск сюсю ії нн и п ОВ вом нон Ок ай юна й Між Уемолону у й у У 1 Е фена чція 15 к її і Еш Ї Мембрана інфорнвню 1ррукебрана Мемереної С іїнве Бей су й овжиння || ж - і ; Н с ММ: ШЕ С В Є ТЕЖ струми кри ЕВ й ренні Н Ір кахв пуер, КРК її ще КРК ї удотема Н Й но цдиниї і Й Ушакова й зим ННяЯ ВЧ зиму ЗВ и ї що сх Н з НО НІ ун й НА іх ГК Моя га; В ЧЕНО з МЖК ння дско ска ше ве око Н г ШИ 2 й т нави ти Еш шини зе х а М ї з Н ІЗ В бур й Я : і і і ! і й ; У ше і Ї зу ; нн а о о а і і і р о іюранаіж РІ я ре п і і Н лзнеух Н їі її У М м Н ІЗ Н Медих А І У ї на лизуна і Н Кор ихклчханнм ЇЇ і Пйзвоя. пелимив і і рі тен, і т. х дже жк сова 1 даю 03 ві фе-математ, аналіз Н ! ї і звик ЩО хе КЗ крацнки зазежн. і Н і схожого, Е Й Н Ммат. мода і Рі НУ У ; : Її. шк ЕЕ ї ЕЛ, НЯ | х гот Шо: ІЯ ї дося й какежи ж ж дк нм дк жи ях, "Єдетжок жо жк ха жи ки ок зо ки ки ск жх сх сю жи кий авт І У і й 11 І ІН Я : пизреазвіінзітральни КО (ві газпааВві ВО зІхнічнию КлФіг. З іпбриднь-я кмейбути рому он діжки а я Екологічна інформаційна ій Я й й 12» ; система ЕКО В п нн Й КІ і сві ; 1 Моцітннннй х ї с ДІЇ овіднивик | вх інеквя і ее ккд ЮК нет токсичних і Бидірювальнісистма й еуоненнс пння анонси 0 БІЧОВИН, у Еко СК пінг в ПІДЖ а Ехсвяк. НИКе Кожен А емакну скраулх ПО КеВКОННАЕ с фжшНеВий іоечкх МА ож М ох ин ї г. зон 4 ї :ше . !І. і ге х ие и праце ї АЮ и ПМ ННе сророчеи Даних Її ол і І УЖЕ КВ дехто ЖЕ прнох хх Ох шк ЩО 5 Що «оПКОИХ Сич; КЕ Х, кванта Кк Б ПеДКаЖУ ЩИХ З НАеТУЕИНН ЗАД Е ч Ка ! | авоо звідеуние і ЩЕ 5 ЗМЕН еїКОК її й їх Кк ук ІЗ Е ща : і ще з, у 1 й З пн кни НВ Я Ой Е ; УНІЕНВІННЯ аа. ДЕМУК Е ЕЕ ї З Ге Е діжки осокою юсоьскьлюилсььй : ! З даже ве ЗВИЧНИЙ І | їй З Дав дк ежокнних Мені ді станазаямии МЕ ох Е З иЛЕНиЯ ХНИ Я тОЖу у Кон В Я І! й " ї о; п: т Е й і й ї ТАРАМЕТВХ і щ ! че є х й у й Пес Шен щ | ние ! Кв ! й і й й І - ЗБЕ Я РЕ Е тв кої Ще А їв Е | ххрнкЗ фо і «кенпньн І в дощ ну, і 8 я Б ння | Кк Е мим їз Я ЗЕМ МННЯ монет ЦИНК я пнищереве жа ж ж жилки 2 дей В. Фіг йЇї Н Ме КВ: САМОК АВ, Н ї Н ? Н р У «Усутаічк тк хз Коза : Н ї БЕ шк : ЗВІБОК КОЄМіяНММ х З КН : ї Наеда виду рестеех ма м В З ння В їй Онук ! се Вк: НК Н : і ГУЩо Я ГО. і КВ : КЕ у ї : Кока Я : ї Ц ОЩЕ . ї : ОН см льки У Вин : Н Й ї Й й ї Ібн декому Яка | й і Я ї Н ї В ї св Н Н - ї «т ї кт А НЕ ОЗ х і І СВ, І Я і Н !т. Н Н Н ї Н їх п о зо ин Мина у он пи о в коаниннн і Кров усна С, ОО. Ї Ой. й : нчеусклучій сю тус Її Н г Н З тоб дея К і : ї Н Н ї ре кену Н - : т Н ій. йно Її. Не Е Я З І І Н Й Н Щі Н к ї т Н х ух тини х й ї Ії МУ Я єтоюстю Є, Н За і : 4 Н і Іі Мі ви сени Б. ГО ЕЯ ОО. Ой. і і і Н Н Я Ка х : НН М А я ЧЕ Н Н ї п на: і жнепную Біне 13еП їі Би. Н Р во ОО. | їй і І Ї ОСЯХ. Е : Н : : : Н ї : іме ун ни ен : В ! В : : Е ши ши п НЕ і агамж ! : КО. «КЕ : БЕН : : Н Е : І дфонечкойя періо Ві ! ЩО ж р туттттт КОХ ПОВИ БІВ, Н ІЗ : -- Н 4 : я : : В і : Н ї т Н Гена они учи и нон пн и он нн нн Я ПОН В У ОМ ИН У я : ї щх у Н па Я А ЩЕ ПИ в. З ! Н ї : ! М : я Н БИЛИ ЧИН : : ї і хе ен і ЯКНОМИКН Км І Нв. і р : З : ІЗ !Фк. З ОО ПО КОН ОК ОО ОО Є ОО ПО ВО Я ОО ММ МКК ВВ ОО ІОН М Я с ОО М КНиНи ЗБК ВХ М І В МЕ МОЯ СОЯ І КН НН КО ОККО ПО У ОН НН Є ее МОМ ОК ОК КН Я СЕН ЕНН Ж ОН ИН ВОМ ОК ОО Со ВЕН БЕН ОО Я КО НЕК ОО КО МО еВ ОХ СОЯ КІННИХ ОК ВО З ПИКА МО КОНІ ВО М С КОХ ОКО ХК ДОК ЕК ОО КО КОМА ВеМ МОМ МО ЕНН М ЗМО п о ТОННИ КО МОУ їй. КК НВ ОК ПОМ КМ КК и КН ж ВОМ КН А ОО І ІМ І ММ ОК М ОК ВОНО МОМ Кк СО се С гу чФі. 4Пак межи юною уні буУнном і ОККО отити пенкаю ар ГТ овохо0 Нажюутр ЕД, варю дя Фимимкаря з ЩІ Ж йже і. ння ХИИМ же, шо бееретек зок з; Б 5 х соккоюменіу | МТКХЕЄННКУ ( вро: росоеся ними пеюетекдютнтн ння Хе Є Ж МН меМмінюціюнеме З, що похаюю: жечіий Н. о їх Її: пиміни ПИЩАК і жЖоких ЕЕ ШУ х на ни ЕЕ ; тоуевее япектричнеМ ЗЕ |; щокою й но КН ке Н! ії Е хе : Ф Фреетртх - Хумішиивий " с А держ етухотрхеня і ІЗ Ї ; «тру кору сне з ІЗ ІЗ і Н д Е ' ї ї МУЧИТИ З І , ; Жодний пистоюВ і кеесюєеесох ; ОО ЖЖ | вир | й з дАКУю тадксмхцах ! ' 000 | бкнкож | ' з пови | и І Й Н ! В ; : 4Фіг. З й Кох ча Еш ооо ооо ооо ооо ее вовня НИКИ КК ее Кен екнкакнкх Кн кю 1 с А К г тн у се ІЗ К а морок 6ФІ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU201812443U UA134575U (uk) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | Спосіб проведення моніторингу впливу хімічних речовин на біоорганізми у кількох інтервалах часу |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU201812443U UA134575U (uk) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | Спосіб проведення моніторингу впливу хімічних речовин на біоорганізми у кількох інтервалах часу |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA134575U true UA134575U (uk) | 2019-05-27 |
Family
ID=66641712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAU201812443U UA134575U (uk) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | Спосіб проведення моніторингу впливу хімічних речовин на біоорганізми у кількох інтервалах часу |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA134575U (uk) |
-
2018
- 2018-12-14 UA UAU201812443U patent/UA134575U/uk unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Stauffer et al. | Considerations in harmful algal bloom research and monitoring: perspectives from a consensus-building workshop and technology testing | |
| Miège et al. | Position paper on passive sampling techniques for the monitoring of contaminants in the aquatic environment–achievements to date and perspectives | |
| Speich et al. | Comparative cost assessment of the Kato-Katz and FLOTAC techniques for soil-transmitted helminth diagnosis in epidemiological surveys | |
| CN107101943B (zh) | 一种光流控无透镜全息成像微藻活性检测装置与方法 | |
| Giakoumakis et al. | Analysis of protein kinetics using fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) | |
| CN109266717B (zh) | 一种通过单细胞分析检测细菌耐药性的方法和装置 | |
| KR100466305B1 (ko) | 조류를 이용한 수질감시방법 | |
| WO2019171068A1 (en) | Method of tracking a plurality of objects | |
| Le et al. | Benchmarking and automating the image recognition capability of an in situ plankton imaging system | |
| Lu et al. | A survey on the status of semen analysis in 118 laboratories in China | |
| Gollasch et al. | Quantifying indicatively living phytoplankton cells in ballast water samples—recommendations for Port State Control | |
| CN104569330A (zh) | 一种基于秀丽隐杆线虫的微量水样毒理学检测方法 | |
| UA134575U (uk) | Спосіб проведення моніторингу впливу хімічних речовин на біоорганізми у кількох інтервалах часу | |
| Gradov | Spectrozonal and multispectral raster lens-less microscopy of aquatic organisms: towards new contact optical methods of environmental biotesting using standard model organisms in variable environments | |
| US20250369852A1 (en) | Automatic analyzer and method for optically analyzing a biological sample | |
| Yang et al. | Dual-modal measurements of suspended particles combining polarization and fluorescence analysis | |
| UA129987U (uk) | Спосіб застосування біотехнічної системи моніторингу для обліку біоіндикаторів з біосенсором та підсистемою оптичної реєстрації | |
| Sharma et al. | Exploring the Role and Potential of Flow Cytometry in Advancing Environmental Research | |
| RU2513999C1 (ru) | Способ ранней диагностики тяжести и прогнозирования исхода острого лучевого поражения | |
| Mazzaro | Assessment of Digital Imaging Flow Cytometry in its Application of Harmful Algal Blooms Monitoring | |
| Plant et al. | The role of the national institute of standards in measurement assurance for cell therapies | |
| JP2007155558A (ja) | 微弱光解析方法 | |
| RU2217750C2 (ru) | Способ выявления биологической активности химических веществ | |
| RU2006027C1 (ru) | Способ биоиндикации качества воды | |
| Timofeev et al. | Biotesting for Cd pollution in soils |