Русский
EnglishВлияние УВЧ-излучения на процесс структурной самоорганизации бактериального липополисахарида
ID: 2012-11-7-A-1743
Оригинальная статья
ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздравсоцразвития России
Резюме
Исследовано влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения на структурообразовательные свойства бактериального липополисахарида. Установлено, что низкоинтенсивное электромагнитное излучение частотой 1 ГГц, плотностью мощности 0,1 мкВт/см2 ,воздействующее в течение 10 мин., приводит к изменениям в суспензионной системе ЛПС – физиологический раствор, которые отражаются на кинетике структурообразования.
Ключевые слова
Бактериальный липополисахарид , низкоинтенсивное электромагнитное излучение
Введение
Бактериальный липополисахарид представляет собой амфифильный биополимер, сочетающий в пределах одной молекулы гидрофильные (О-специфические цепи, олигосахарид кора) и гидрофобный (липид А) фрагменты. Патогенные свойства ЛПС зависят не только от его химической структуры, но в значительной мере определяются характером пространственной организации надмолекулярных комплексов, образуемых молекулой ЛПС с различными компонентами биожидкостей [Варбанец Л.Д,2004;. Brandenburg, K.,2004]
В настоящее время доказанным является модифицирующее влияние низкоинтенсивного лазерного излучения красной и фиолетовой областей спектра на процесс структурообразования бактериального ЛПС в водной суспензии и физиологическом растворе натрия хлорида [Агаджанова К.В.,2010]. Однако изменение способности ЛПС к самоорганизации путем образования макромолекулярных комплексов при воздействии НЭМИ изучено не было.
Цель
Изучить модифицирующее влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения с частотой 1 ГГц на структурообразовательные свойства бактериального липополисахарида.
Материал и методы
В работе использовался липополисахарид E. coli 055:В5 (фирма Sigma, США). ЛПС разводили ex tempore в 0,9% растворе натрия хлорида (20 мг/мл). Приготовленную суспензию делили на 2 пробы: одна являлась контролема другая в течение 10 мин. подвергалась электромагнитному воздействию с помощью аппарата «Акватон-2» (производитель фирма «Телемак», Саратов, Россия), генерирующего излучение с частотой 1 ГГц плотностью мощности 0,1 мкВт/см2. Раструб излучателя помещался на расстоянии 10 см от облучаемого объекта.
Для изучения процесса спонтанного структурообразования ЛПС использовался метод клиновидной дегидратации [Шабалин В.Н.,2001], основанный на исследовании структурного следа (фации), формирующегося при высыхании капли препарата в стандартных условиях. 1 мкл исследуемой суспензии (контрольная проба) помещался на сухое, чистое, обезжиренное предметное стекло. Обычно наносились 6-8 капель для сравнительного анализа. Далее предметное стекло с препаратом в строго горизонтальном положении помещали в термостат и высушивали при 37○С в течение 30 мин Аналогично с контрольными пробами готовились опытные препараты.
После высыхания препараты подвергались микроскопическому исследованию. Применялась световая микроскопия (Zeiss, Germany; увеличение 4, 10, 25, 40 раз) с фоторегистрацией структурного следа и сохранением информации в файле компьютера.
Имидж-анализ фаций включал их качественную характеристику, а также расчёт количественных показателей с последующей статистической обработкой.
При обработке фаций использовалась специальная компьютерная программа, позволяющая рассчитывать следующие параметры: S1 – площадь периферического ободка, нормированная на общую площадь фации; S2 – площадь промежуточной зоны, нормированная на общую площадь фации; S3 – площадь центральной зоны, нормированная на общую площадь фации; S1/S2 – смещение центра промежуточной зоны относительно центра ободка фации; S2/S3 – смещение центра центральной зоны относительно центра ободка фации. В центральной и промежуточной зонах фации рассчитывались: N – количество гребешков в типичном фрагменте фации; Average size (AS) – средний размер гребешков в типичном фрагменте фации; Entr. – неоднородность поверхности фации в типичном фрагменте; D corr. – корреляционная размерность типичного фрагмента. Количественные параметры обрабатывались статистически с использованием t-критерия Стьюдента с использованием статистического пакета программ Prizm-4.
Результаты
Картина фаций, получаемых при дегидратации необлучённой суспензии ЛПС в физиологическом растворе(рис.1),, отличалась разнообразием структурных элементов. Здесь чётко визуализировались 3 зоны: приподнятый ободок, обрамляющий фацию по периферии (периферическая зона), приободковая (или промежуточная) и центральная зоны.
Ободок отличался малой структурированностью, лишь в отдельных его участках встречались мелкие глыбчатые образования. Приободковая зона занимала небольшую часть площади фации и характеризовалась наличием мелких линейных дендритных и папоротникообразных элементов. В центральной зоне выявлялись крупные ветвистые образования, содержащий линейную основную ось с отходящими от неё под углом 90○ боковыми ветвями.
Облучение суспензии ЛПС низкоинтенсивным электромагнитным излучением(рис.2) приводило к заметной модификации процесса структурообразования. При этом отмечались следующие типичные изменения в картине фаций: увеличивалась плотность пространственного распределения элементов в приободковой (промежуточной) зоне, утрачивалась их структурная чёткость. Линейные дендритные образования в центральной зоне значительно уменьшались в размерах, так что данная область фации выглядела практически однородной. Но в непосредственной близости от приободковой зоны появлялись радиально ориентированные элементы с волнистой осевой направляющей ветвью и отходящими от неё под разными углами короткими ответвлениями.
Результаты количественной обработки фаций, получаемых при клиновидной дегидратации суспензии ЛПС в контроле и после УВЧ облучения, представлены в табл. 1.
Как видно из таблицы, воздействие низкоинтенсивным электромагнитным излучением с частотой 1 ГГц приводило к изменению относительных размеров различных зон фации: уменьшались периферическая и приободковая зоны (p < 0,01 и p < 0,001 соответственно), в то время как размер центральной увеличивался на 20% (p < 0,01). После УВЧ – воздействия примерно в 2 раза возрастало количество гребешковых объектов в центральной и приободковой зонах фации (p < 0,05). Однако их средний размер не претерпевал существенных изменений. На этом фоне в 1,2 раза увеличивался показатель Entr., характеризующий структурную неоднородность центральной зоны фации (p < 0,05), а также на 32% возрастал показатель Entr. приободковой зоны (p < 0,02). Достоверно изменялась и структурированность (корреляционная размерность) обеих анализируемых зон (p < 0,02).
Обсуждение
Предположительно, влияние УВЧ на молекулу ЛПС опосредуется через изменение состояния водно-солевого окружения. В этих условиях изменяются гидратационные свойства водных молекул и, возможно, свойства гидрофобных и гидрофильных областей в молекуле ЛПС, что может отразиться на способности молекул токсина образовывать агрегаты.
Заключение
Результаты данных экспериментов свидетельствуют о том, что низкоинтенсивное электромагнитное излучение частотой 1 ГГц, плотностью мощности 0,1 мкВт/см2, , воздействующее в течение 10 мин., приводит к изменениям в суспензионной системе ЛПС – физиологический раствор, которые отражаются на кинетике структурообразования.
Литература
1. Агаджанова К.В. Влияние низкоинтенсивного лазерного излучения на структурообразовательные свойства и биологические эффекты бактериального липополисахарида. – Дис….канд. мед. наук, Саратов. – 2010.
2. Варбанец Л.Д. Структура, функция, биологическая активность эндотоксинов грамотрицательных бактерий (обзор) / Л.Д. Варбанец, Н.В. Винарская // Современные проблемы токсикологии. Киев: ООО «Медицина Украины», 2004. № 1. С. 9-13.
3.Шабалин В.Н. Морфология биологических жидкостей человека / В.Н. Шабалин, С.Н. Шатохина // М.: Хризостом, 2001. 304 с.
- Brandenburg, K. Endotoxins: relationships between structure, function, and activity / K. Brandenburg, A. Wiese // Curr. Top. Med. Chem. 2004. Vol. 4. P. 1127-1146.
Таблицы
Результаты статистической обработки количественных показателей имидж-анализа фаций, полученных при клиновидной дегидратации раствора ЛПС в контроле и после облучения УВЧ (1 ГГц)
|
Показатели |
Контроль |
УВЧ |
|
S1 |
n=8 0,411+0,01 |
n=8 0,353+0,01 p < 0,01 |
|
S2 |
n=8 0,372+0,005 |
n=8 0,334+0,005 p < 0,001 |
|
S3 |
n=8 0,222+0,013 |
n=8 0,278+0,007 p < 0,01 |
|
S1/S2 |
n=8 0,011+0,002 |
n=8 0,015+0,004 p > 0,05 |
|
S2/S3 |
n=8 0,019+0,003 |
n=8 0,023+0,005 p > 0,5 |
|
Центральная зона |
||
|
N об. |
n=6 85,7+10,5 |
n=6 157,8+14,03 p < 0,05 |
|
Aver. |
n=6 171,6+2,8 |
n=6 189,2+3, 67 p > 0,5 |
|
Entr. |
n=6 0,28+0,02 |
n=6 0,36+0,02 p < 0,05 |
|
D corr. |
n=6 1,82+0,01 |
n=6 1,86+0,005 p < 0,02 |
|
Приободковая зона |
||
|
N об. |
n=6 85,6+10,5 |
n=6 185,2+14,7 p < 0,05 |
|
Aver. |
n=6 156,2+24,2 |
n=6 206,8+23,9 p > 0,1 |
|
Entr. |
n=6 0,301+0,02 |
n=6 0,4436+0,003 p < 0,02 |
|
D corr. |
n=6 1,826+0,013 |
n=6 1,869+0,002 p < 0,02 |
р – достоверность различий с контролем
Рисунки
<p>
Рисунок 1|2|3</p>
<p>
Рисунок 1|2|3</p>
Файл