Вы здесь

LUX-БИОСЕНСОРЫ: СКРИНИНГ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ГЕНОТОКСИЧНОСТЬ

Игонина Е.В.

лаб. экологической генетики Института общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук. 119991, Москва, ул. Губкина, д. 3. ИОГен РАН.

Марсова М.В.

лаб. генетики микроорганизмов  Института общей генетики им. Н. И. Вавилова Российской академии наук. 119991, Москва, ул. Губкина, д. 3. ИОГен РАН.

Абилев .С.К.

Институт общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН, Москва, РФ

Ключевые слова
: lux-биосенсоры, ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС, SOS-ОТВЕТ, ТЕСТ ЭЙМСА, генотоксичность, ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ, лекарственные средства,

Резюме

Для изучения способности солей металлов и фармакологически активных препаратов индуцировать в бактериальной клетке окислительный стресс и SOS-ответ использован набор lux-биосенсоров, состоящий из трех штаммов E. coli, несущих рекомбинантную плазмиду с lux-опероном, слитым с промоторами генов супероксиддисмутазы SoxS, каталазы KatG или колицина ColD. Изучена активность на lux-биосенсорах 47 веществ, из которых 16 индуцировали SOS-ответ, 6 — окислительный стресс. Сравнение полученных результатов с ранее опубликованными данными о мутагенной активности изученных веществ в тесте Эймса показало полное совпадение результатов для 42 веществ. Обсуждается возможность использования lux-биосенсоров для скрининга химических соединений на генетическую активность.

Текст статьи: 

Ссылки

  1. Абилев С.К., Глазер В.М. Генетическая токсикология: Итоги и проблемы // Генетика. — 2013. — Т.49. — Вып. 1. — С. 81-93. [Abilev S.K., Glaser V.M. (2013) Genetic toxicology: finding and challenges. Russian Journal of Genetics. 2013;49(1):P.81-93. (In Russ).] doi: 10.7868/S0016675813010025.

  2. Ames B.N., Durston W.E., Yamasaki E, Lee F.D. (a) Carcinogens are mutagens: a simple test system combining liver homogenates for activation and bacteria for detection. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1973;70(8):P.2281-2285.

  3. Ames B.N., Lee F.D., Durston W.E. (b) An improved bacterial test system for the detection and classification of mutagens and carcinogens. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1973;70(3):P.782-786.

  4. Levin D.E., Hollstein M.C., Christman M.F. et al. A new Salmonella tester strain (TA102) with A X T base pairs at the site of mutation detects oxidative mutagens. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1982;79(23): P.7445-7449.

  5. Quillardet P., Huisman O., D’Ari R. et al. SOS chromotest, a direct assay of induction of an SOS function in Escherichia coli K12 to measure genotoxity. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1982;79(19):P.5971-5975.

  6. Quillardet P., Hofnung M. SOS chromotest: a review. Mutat. Res. 1993;(297):P.235-279.

  7. Goerlich O., Quillardet P., Hofnung M. Induction of the SOS response by hydrogen peroxide in various Escherichia coli mutants with altered protection against oxidative DNA damage. J. Bacteriol. 1989;171(11):P.6141-7.

  8. Müller J., Janz S. Assessment of oxidative DNA damage in the oxyR-deficient SOS chromotest strain Escherichia coli PQ300. Environ. Mol. Mutagen. 1992;20(4):P.297-306.

  9. Müller J., Janz S. Modulation of the H2O2-induced SOS response in Escherichia coli PQ300 by amino acids, metal chelators, antioxidants, and scavengers of reactive oxygen species. Environ. Mol. Mutagen. 1993;22(3):P.157-63.

  10. Реутова Н.В. Мутагенный потенциал тяжелых металлов // Экологическая генетика. — 2015. — Т. 13. — Вып. 3. — С. 70-75. [Reutova N.V. Mutagenic potential of some heavy metals. Ekologicheskaya genetika. 2015;13(3):P.70-75. (In Russ).] doi: 10.17816/ecogen13370-75.

  11. Valko M., Morris H., Cronin M.T. Metals, toxicity and oxidative stress. Curr. Med. Chem. 200512(10):P.1161-1208. doi: 10.2174/0929867053764635.

  12. Сычева Л.П. Оценка мутагенных свойств наноматериалов // Гигиена и санитария. — 2008. — № 6. — С. 26-28. [Sycheva L.P. Evaluation of the mutagenic properties of nano-materials. Gigiena i Sanitariia. 2008;(6):26-8. (In Russ).]

  13. Ghosh M., Manivannan J., Sinha S. et al. In vitro and in vivo genotoxicity of silver nanoparticles. Mutat. Res. 2012;749(1-2):P.60-69. doi:10.1016/j.mrgentox.2012.08.007.

  14. Манухов И.В., Котова В.Ю., Мальдов Д.Г., и др. Индукция окислительного стресса и SOS-ответа в бактериях Escherichia coli растительными экстрактами: роль гидроперекисей и эффект синергизма при совместном действии с цисплатиной // Микробиология. — 2008. — Т. 77. — С. 590-597. [Manuchov I.V., Kotova V.Yu., Maldov D.G. et al. nduction of oxidative stress and SOS response in Escerichia coli by vegetable extracts: the role of hydroperoxides and the synergistic effect of simultaneous treatmrnt with cisplatinum. Microbiology. 2008;(77):P.590-597. (In Russ).] doi: 10.1134/S0026261708050020.

  15. Котова В.Ю., Манухов И.В., Завигельский Г.Б. Lux-биосенсоры для детекции SOS-ответа, теплового шока и окислительного стресса // Биотехнология. — 2009. — № 6. — С. 16-25. [Kotova V.Yu., Manuchov I.V., Zavigelskiy G.B. Lux-biosensors for detection of SOS-response, heat shock and oxidative stress. Biotechnology in Russia. 2009;(6):P.8-17. (In Russ).] doi: 10.1134/S0003683810080089.

  16. Завигельский Г.Б. Котова В.Ю. Хрульнова С.А. Манухов И.В. Оценка токсического действия наноматериалов на живые организмы // Биотехнология. — 2013. — № 6. — С.8-17. [Zavigelsky G.B., Kotova V.Yu. Khrul'nova S.A., Manukhov, I.V. Asessment of toxicity of nanomaterials for live organisms. Biotechnology in Russia. 2013;(6):P.8-17. (In Russ).]

  17. Котова В.Ю., Рыженкова К.В., Манухов И.В. Завигельский Г.Б. Индуцируемые специфические lux-биосенсоры для детекции антибиотиков: конструирование и основные характеристики // Прикладная биохимия и микробиология. — 2014. — Т. 50. — №1. — С. 112-117. [Kotova V.Yu., Ryzhenkova K.V., Manuchov I.V., Zavigelskiy G.B. Inducible specific lux-biosensors for the detection of antibiotics: construction and main parametrs. Prikladnaya Biokhimiya i Microbiologiya. 2014;50(1):P.112-117. (In Russ).] doi 10.7868/S0555109914010073.

  18. Сазыкина М.А., Чистяков В.А. Мониторинг генотоксичности водной среды: Азово-Донской бассейн: Монография. Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ. 2009. [Sazykina M.A., Chistyakov V.A. Monitoring genotoxichnosti vodnoy sredi: Azovo-Donskoy basseyn: Monografiya. Rostovn/D: The SFU publishinghouse. 2009. (In Russ).]

  19. Vollmer C.A.,Van Dyk T.K. Stress responsive bacteria biosensors as environmental monitors. Adv. Microb. Physiol. 2004;49:P.131-174. doi:10.1016/S0065-2911(04)49003-1.

  20. Bargonetti J., Champeil E., Tomasz M. Differential Toxicity of DNA Adducts of Mitomycin C. Journal of Nucleic Acids. 2010:698960. doi:10.4061/2010/698960.

  21. McCalla D.R. Mutagenicity of nitrofuran derivatives: Review. Environ. Mutagen. 1983;(5):P.745-765.

  22. Kohda K., Kawazoe Y., Minoura, Y. et al. Separation and identification of N4-(guanosin-7-yl)-4-aminoquinoline 1-oxide, a novel nucleic acid adduct of carcinogen 4-nitroquinoline 1-oxide. Carcinogenesis. 1991;12:P.1523–1525.

  23. McCann J., Choi E., Yamasaki E., Ames B.N. Detection of carcinogens as mutagens in the Salmonella/microsome test: assay of 300 chemicals. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1975;72(12):P.5135-5139.

  24. Biaglow, J. E., Jacobson, B. E., and Nygaard, O. F. Metabolic reduction of 4-nitroquinoline N-oxide and other radical-producing drugs to oxygen-reactive intermediates. Cancer Res. 1977;37:P.3306-3313.

  25. De Flora S., Bagnasco M., Serra D., Zanacchi P. Genotoxicity of chromium compounds. A review. Mutat. Res. 1990;(238):Р.99-172.

  26. Фонштейн Л.М., Абилев С.К., Акиньшина Л.П., и др. Изучение мутагенного действия некоторых лекарственных препаратов на индикаторные бактерии // Химико-фармацевтический журнал. — 1978а. — № 1. — С. 39-44. [Fonshteyn L.M., Abilev S.K., Akin'shina L.P et al. Izuchenie mutagennogo deistviya nekotorykh lekarstvennykh preparatov na indikatornye bakterii. Khimiko-Farmatsevticheskiy Zhurnal. 1978a;(1):P.39-44. (In Russ).]

  27. Фонштейн Л.М., Ревазова Ю.А., Золотарева Г.Н., и др. Изучение мутагенной активности диоксидина // Генетика. — 1978б. — Т. 14. — № 5. — С. 900-908. [Fonshteyn L.M., Revazova Yu.A., Zolotareva G.N. et al. Izuchenie mutagennoy aktivnosti dioksidina. Russian Journal of Genetics. 1978b:14(5).P.900-908. (In Russ).]

  28. Clerch B, Bravo J.M, Llagostera M. Analysis of the ciprofloxacin-induced mutations in Salmonella typhimurium. Environ. Mol. Mutagen. 1996;27(2):P.110-115.

  29. Ames B.N. The detection of chemical mutagens with enteric bacteria. In: A. Hollaender ed. Chemical Mutagens: Principles and Methods for Their Detection. 1971;(1):New York. Plenum Press.

  30. Longley D.S., Harkin D.P., Johnston P.G. 5-Fluorouracil: mechanisms of action and clinical strategies. Nature. 2003;(3):P.330-337. doi:10.1038/nrc1074.

  31. Ilin A., Nersesyan A. Toxicology of iodine: A mini reviews. Arch. Oncol. 2013; 21(2):P.67-71. doi:10.2298/AOO1302065I.

  32. Norman A.A., Hansen L.H., Sorensen S.J. Construction of a ColD cda promoter-based SOS-Green Fluorescent Protein whole-cell biosensor with higher sensitivity toward genotoxic compounds than constructs based on recA, umuDC, or sulA promoters. Appl. Environ. Microbiol. 2005;71:P.2338-2346. doi:10.1128/AEM.71.5.2338-2346.2005.

  33. Фонштейн Л.М., Абилев С.К., Акиньшина Л.П., и др. Исследование генетических эффектов лекарственных веществ и других биологически активных соединений в тестах на мутагенез и ДНК-повреждающее действие // Химико-фармацевтический журнал. — 1982. — № 10. — С. 1163-1167. [Fonshteyn L.M., Abilev S.K., Akin'shina L.P et al. Investigation of the genetic effects of drugs and other biologically active compounds in tests for mutagenesis and DNA-damaging action. Khimiko-Farmatsevticheskiy Zhurnal. 1982;(10):P.1163-1167. (In Russ).]

  34. Arlauskas A., Baker R.S.U., Bonin A.M. et al. Mutagenicity of metal ions in bacteria. Environ. Res. 1985;36(2):P.379-388.

  35. Cesium compounds toxicology reports… Cited 04.03.2016. WEB: http://www.bibra-information.co.uk/downloads/toxicity-profile-for-cesium....

  36. Marzin D.R., Phi H.V. Study of the mutagenicity of metal derivatives with Salmonella typhimurium TA102. Mutat. Res. 1985;155(1-2):P.49-51.

  37. Цефикар. Инструкция по медицинскому применению лекарственного средства. Цитировано 04.03.2016. WEB: http://www.pharmacare.by/ru/rx/100-antibiotics/12-ceficare.

  38. Brambilla G., Mattioli F., Robbiano L., Martelli A. Studies on genotoxicity and carcinogenicity of antibacterial, antiviral, antimalarial and antifungal drugs. Mutagenesis. 2012;27(4):P.387-413. doi: 10.1093/mutage/ger094.

  39. Diflucan. Cited 04.03.2016. WEB: http://www.pfaizer.com.

  40. Yajima N, Kondo K, Morita K. Reverse mutation tests in Salmonella typhimurium and chromosomal aberration tests in mammalian cells in culture on fluorinated pyrimidine derivatives. Mutat. Res. 1981;88(3):P.241-54.

  41. Hannan M.A., al-Dakan A.A., Hussain S.S., Amer M.H. Mutagenicity of cisplatin and carboplatin used alone and in combination with four other anticancer drugs. Toxicology. 1989;55(1-2):P.183-91.

  42. Colofac MR. – Summary of product characteristics… Cited 04.03.2016. WEB: https://www.medicines.org.uk/emc/medicine/2506.

  43. SCCS (Scientific Committee on Consumer Safety). Opinion on bismuth citrate, 12 December 2013.

  44. Brambilla G., Mattioli F., Martelli A. Genotoxic and carcinogenic effects of gastrointestinal drugs. Mutagenesis. 2010;25(4):P.315-326. doi:10.1093/mutage/geq02.

  45. Karekar V., Joshi S., Shinde S.L. Antimutagenic profile of three antioxidants in the Ames assay and the Drosophila wing spot test. Mutat. Res. 2000;468(2):P.183-94. doi:10.1016/S1383-5718(00)00055-3.

  46. Miadoková E., Mravcová M., Vlčková V. et al. Antimutagenic and anticlastogenic potential of α-lipoic acid. Biologia. 2002;57(3):P.351-358.

  47. Мексидол: инструкция по применению и отзывы. Цитировано 04.03.2016. URL: https://health.mail.ru/drug/mexipridol/.

  48. N-Acetyl-L-cysteine for use in foods for particular nutritional uses and in foods for special medical purposes. EFSA Journal. 2003;(21):P.1-8.

  49. Laidlaw S.A., Dietrich M.F., Lamtenzan M.P. et al. Antimutagenic effects of taurine in a bacterial assay system. Cancer Res. 1989;49(23):P.6600-6604.

  50. NTP report on the toxicology studies of dicyclohexylcarbodiimide. Natl. Toxicol. Program Genet. Modif. Model Rep. 2007;Sep.(9):P.1-138.

  51. Gorla N., Ovando H.G, Larripa I. Chromosomal aberrations in human lymphocytes exposed in vitro to enrofloxacin and ciprofloxacin. Toxicol. Lett. 1999;(104):P.43-48.

© Экологическая генетика 2003-2015