Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 55183 10.29039/rusjbpc.2022.0577 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БИОФИЗИКА ECOLOGICAL BIOPHYSICS ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БИОФИЗИКА THE IMPACT OF PETROLEUM HYDROCARBONS ON THE BIOCHEMICAL PARAMETERS IN HEPATOPANCREAS OF THE BLACK SEA MUSSEL MYTILUS GALLOPROVINCIALIS ВЛИЯНИЕ НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ НА БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЧЕРНОМОРСКОЙ МИДИИ MYTILUS GALLOPROVINCIALIS Скуратовская Е. Н. Skuratovskaya E. N. skuratovskaya@ibss-ras.ru Алемова А. С. Alemova A. S. Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН Севастополь Россия A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the South Seas of the RAS Sevastopol Russian Federation Воронежский государственный университет Воронеж Россия Voronezh State University Voronezh Russian Federation 24 11 2022 24 11 2022 7 4 650 656 01 08 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/55183/view

Практически все компоненты нефти в большей или меньшей степени являются токсичными и оказывают отравляющее действие на водные организмы, а некоторые группы нефтяных углеводородов (НУ) могут аккумулироваться в органах и тканях и передаваться по пищевым цепям. В зависимости от продолжительности и масштаба загрязнения НУ может наблюдаться широкий диапазон ответных реакций – от физиолого-биохимических, морфологических и поведенческих аномалий на уровне организмов до структурных и функциональных перестроек в популяциях и сообществах. Изучение биохимического отклика в тканях двустворчатых моллюсков, обитающих в условиях повышенных концентраций НУ в эксперименте, необходимо для понимания механизмов реорганизации метаболизма и адаптивных реакций, возникающих в организме гидробионтов при воздействии токсикантов. В работе представлены результаты исследования влияния нефтяных углеводородов на показатели прооксидантно-антиоксидантной системы (активность супероксиддимутазы, каталазы, уровень перекисного окисления липидов и окислительной модификации белков), активность амнотрансфераз - аланинаминотрансферазы и аспартатаминотрансферазы гепатопанкреаса черноморской мидии Mytilus galloprovincialis в условиях острого токсикологического эксперимента. Результаты эксперимента позволили установить, что НУ при концентрациях 0,5 мг/л (10 ПДК) и 1 мг/л (20 ПДК) не оказывают влияние на активность аминотрансфераз, однако стимулируют развитие окислительного стресса путем смещения проокисдантно-антиоксидантного равновесия в сторону интенсификации процессов перекисного окисления липидов и окислительной модификации белков; при концентрации 1 мг/л углеводороды нефти вызывают активацию супероксиддимутазы и ингибирование активности каталазы. Показатели прооксидантно-антиоксидантной системы демонстрируют высокую чувствительность к НУ и могут использоваться наряду с другими рекомендованными параметрами для оценки функционального состояния моллюсков в условиях нефтяного загрязнения среды обитания.

Almost all oil components are more or less toxic and have a toxic effect on aquatic organisms, and some groups of petroleum hydrocarbons (PH) can accumulate in organs and tissues and transmitted through food chains. Depending on the duration and scale of PH pollution, a wide range of responses can be observed – from physiological and biochemical, morphological, behavioral anomalies at organism level to structural and functional rearrangements in populations and communities. The study of the biochemical response in tissues of bivalve mollusks living in conditions of elevated PH concentrations in the experiment is necessary to understand the mechanisms of metabolism reorganization and adaptive reactions that occur in the body of hydrobionts when exposed to toxicants. The paper presents the results of a study of the PH effect on the parameters of the prooxidant-antioxidant system parameters (superoxide dismutase and catalase activities, level of lipid peroxidation and oxidized proteins) and amnotransferase activities (alanine aminotransferase and aspartate aminotransferase) in hepatopancreas of the Black Sea mussel Mytilus galloprovincialis in the acute toxicological experiment. The results of the experiment allowed to establish that PH at concentrations of 0.5 mg/l (10 MPC) and 1 mg/l (20 MPC) do not affect the activity of aminotransferases, but stimulate the development of oxidative stress by shifting the prooxidant-antioxidant balance towards the intensification of lipid peroxidation and protein oxidization; at the 1 mg/l concentration PH cause activation of superoxide dismutase and inhibition of catalase activity. Prooxidant-antioxidant system parameters demonstrate high sensitivity to PH and can be used along with other recommended parameters to assess the functional state of mollusks in conditions of oil environmental pollution.

 нефтяные углеводороды мидия Mytilus galloprovincialis гепатопанкерас прооксидантно-антиоксидантная система аминотрансферазы petroleum hydrocarbons mussel Mytilus galloprovincialis hepatopancreas prooxidant-antioxidant system aminotransferases Работа выполнена в рамках темы Государственного задания ФИЦ ИнБЮМ № 121030100028-0, при поддержке РФФИ и г. Севастополя в рамках научного проекта № 18-34-50005 («Наставник»).

Санитарно-биологические исследования прибрежных акваторий юго-западного Крыма в начале XXI века. Под ред.: О.Г. Миронова, С.В. Алёмова. Институт морских биологических исследований имени А.О. Ковалевского РАН. Симферополь: ИТ "АРИАЛ", 2018, 276 с. Sanitary and biological studies of the south-western Crimea coastal waters at the beginning of XXI century. Eds: O.G. Mironov, S.V. Alyomov. Simferopol: Arial, 2018, 276 p. (In Russ.) Malakhova L.V., Skuratovskaya E.N., Malakhova T.V., Lobko V.V. The relationship between integrated biochemical index and content of organochlorine xenobiotics in the liver of the black scorpion fish Linnaeus, 1758, from Sevastopol Bays and coastal areas. Journal of Siberian Federal University. Biology, 2020, no. 13(4), pp. 387-409, doi: 10.17516/1997-1389-0335. Malakhova L.V., Skuratovskaya E.N., Malakhova T.V., Lobko V.V. The relationship between integrated biochemical index and content of organochlorine xenobiotics in the liver of the black scorpion fish Linnaeus, 1758, from Sevastopol Bays and coastal areas. Journal of Siberian Federal University. Biology, 2020, no. 13(4), pp. 387-409, doi: 10.17516/1997-1389-0335. Барабашин Т.О., Кораблина И.В., Павленко Л.Ф., Скрыпник Г.В., Короткова Л.И. Методическое обеспечение мониторинга загрязнения водных объектов Азово-Черноморского бассейна. Водные биоресурсы и среда обитания, 2018, т. 1, № 3-4, с. 9-27. Barabashin T.O., Korablina I.V., Pavlenko L.F., Skrypnik G.V., Korotkova L.I. Methodological support of pollution monitoring of the Azov and Black seas water bodies. Aquatic Bioresources & Environment, 2018, vol. 1, no. 3-4, pp. 9-27. (In Russ.) Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа. ВНИРО, 2001, 247 с. Patin S.A. Oil and ecology of the continental shelf. VNIRO, 2001, 247 p. (In Russ.) Алешко С.А. Действие нефтяных углеводородов на морские организмы на молекулярном уровне. Известия ТИНРО, 2007, т. 148, с. 247-261. Aleshko S.A. Impact of petroleum hydrocarbons on marine organisms at molecular level. Izv. TINRO, 2007, vol. 148, pp. 247-261. (In Russ.) Постановление Правительства РФ № 681 от 9 августа 2013 г. «О государственном экологическом мониторинге и государственном фонде данных государственного экологического мониторинга». Decree of the Government of the Russian Federation No. 681 of August 9, 2013 «On state Environmental Monitoring and the State Data Fund of State environmental Monitoring». (In Russ.) Каретникова Е.А., Жиркова А.Д. Миграция n-алканов дизельного топлива по трофической цепи: бактерии - инфузории. Изв. РАН. Сер. Биол., 2005, вып. 3, с. 375-379. Karetnikova E.A., Zhirkova A.D. Migration of n-alcanes in diesel fuel along the trophic chain: bacteria - ciliates. Izv. RAS. Biological series, 2005, vol. 3, pp. 375-379. (In Russ.) Teruhisa K., Masahiro N., Hiroshi K., Tomoko Y. Marine Life Research Group of Takeno, Kouichi O. Impacts of the Nakhodka heavy-oil spill on an intertidal ecosystem: an approach to impact evaluation using geographical information system. Mar. Pollut. Bull., 2003, vol. 47, pp. 99-104. Teruhisa K., Masahiro N., Hiroshi K., Tomoko Y. Marine Life Research Group of Takeno, Kouichi O. Impacts of the Nakhodka heavy-oil spill on an intertidal ecosystem: an approach to impact evaluation using geographical information system. Mar. Pollut. Bull., 2003, vol. 47, pp. 99-104. Heintz R.A., Short J.W., Rice S.D. Sensitivity of fish embryos to weather crude oil: II. Increased mortality of pink salmon (Oncorhynchus gorbuscha) embryos incubating downstream from weathered Exxon Valdez crude oil. Environ. Toxicol. Chem., 1999, vol. 18, pp. 494-503. Heintz R.A., Short J.W., Rice S.D. Sensitivity of fish embryos to weather crude oil: II. Increased mortality of pink salmon (Oncorhynchus gorbuscha) embryos incubating downstream from weathered Exxon Valdez crude oil. Environ. Toxicol. Chem., 1999, vol. 18, pp. 494-503. Бахмет И.Н., Фокина Н.Н., Нефедова З.А., Руоколайнен Т.Р., Немова Н.Н. Мидия Mytilus edulis L. Белого моря как биоиндикатор при воздействии растворенных нефтепродуктов. Труды Карельского научного центра РАН, 2012, № 2, с. 38-46. Bakhmet I.N., Fokina N.N., Nefyodova Z.A., Ruokolainen T.R., Nemova N.N. Blue mussels Mytilus edulis L. in the White Sea as bioindicators under diluted oil impact. Proceedings of the Karelian Scientific Center of RAS, 2012, no. 2, pp. 38-46. (In Russ.) Немова Н.Н., Мещерякова О.В., Лысенко Л.А., Фокина Н.Н. Оценка состояния водных организмов по биохимическому статусу. Труды Карельского научного центра РАН, 2014, № 5, c. 18-29. Nemova N.N., Meshcheryakova O.V., Lysenko L.A., Fokina N.N. The assessment of the fitness of aquatic organisms relying on the biochemical status. Proceedings of the Karelian Scientific Center of RAS, 2014, no. 5, pp. 18-29. (In Russ.) Vidal-Linan L., Bellas J., Soriano J.A., Concha-Grana E., Muniategui S., Beiras R. Bioaccumulation of PCB-153 and effects on molecular biomarkers acetylcholinesterase, glutathione-S-transferase and glutathione peroxidase in Mytilus galloprovincialis mussels. Environmental Pollution, 2016, vol. 214, pp. 885-891, doi: 10.1016/j.envpol.2016.04.083. Vidal-Linan L., Bellas J., Soriano J.A., Concha-Grana E., Muniategui S., Beiras R. Bioaccumulation of PCB-153 and effects on molecular biomarkers acetylcholinesterase, glutathione-S-transferase and glutathione peroxidase in Mytilus galloprovincialis mussels. Environmental Pollution, 2016, vol. 214, pp. 885-891, doi: 10.1016/j.envpol.2016.04.083. Скидченко В.С., Высоцкая Р.У., Немова Н.Н. Спектр изоформ кислой дезоксирибонуклеазы в тканях мидий Mytilus edulis в условиях модельной интоксикации нефтепродуктами. Труда Карельского научного центра РАН, 2012, вып. 2, с. 131-138. Skidchenko V.S., Vysotskaya R.U., Nemova N.N. The range of acid deoxyribonuclease isoforms in the tissues of Mytilus edulis mussels in model experiments with petroleum hydrocarbon poisoning. Proceeding of the Karelian scientific center of the RAS, 2012, vol. 2, pp. 131-138. (In Russ.) Tim-Tim A.L.S., Morgado F., Moreira S., Rangel R., Nogueira A.J.A., Soares A.M.V.M., Guilhermino L. Cholinesterase and glutathione S-transferase activities of three mollusk species from the NW Portuguese coast in relation to the ‘Prestige’ oil spill. Chemosphere, 2009, vol. 77, pp. 1465-1475. Tim-Tim A.L.S., Morgado F., Moreira S., Rangel R., Nogueira A.J.A., Soares A.M.V.M., Guilhermino L. Cholinesterase and glutathione S-transferase activities of three mollusk species from the NW Portuguese coast in relation to the ‘Prestige’ oil spill. Chemosphere, 2009, vol. 77, pp. 1465-1475. Sukharenko E.V., Nedzvetsky V.S., Kyrychenko S.V. Biomarkers of metabolism disturbance in bivalve molluscs induced by environmental pollution with processed by-products of oil. Biosystem Diversity, no. 25(2), pp. 113-118, doi: 10.15421/011717. Sukharenko E.V., Nedzvetsky V.S., Kyrychenko S.V. Biomarkers of metabolism disturbance in bivalve molluscs induced by environmental pollution with processed by-products of oil. Biosystem Diversity, no. 25(2), pp. 113-118, doi: 10.15421/011717. Nishikimi M., Rao N.A., Yagi K. The occurrence of superoxide anion in the reaction of reduced phenazine methosulfate and molecular oxygen. Biochim. Biophys. Res. Commun, 1972, vol. 46, no. 2, pр. 849-854. Nishikimi M., Rao N.A., Yagi K. The occurrence of superoxide anion in the reaction of reduced phenazine methosulfate and molecular oxygen. Biochim. Biophys. Res. Commun, 1972, vol. 46, no. 2, pp. 849-854. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы. Лабораторное дело, 1988, № 1, с. 16-19. Korolyuk M.A., Ivanova L.I., Mayorova I.G., Tokarev V.E. Method for determination of catalase activity. Laboratornoye delo, 1988, no. 1, pp. 16-19. (In Russ.) Стальная И.Д., Гаришвили Т.Г. Метод определения малонового диальдегида с помощью тиобарбитуровой кислоты. Современные методы в биохимии, Москва: Медицина, 1977, с. 66-68. Stal'naya I.D., Garishvili T.G. Method for determination of malondialdehyde using thiobarbituric acid. Modern methods in biochemistry, Moskva: Meditsina, 1977, pp. 66-68. (In Russ.) Дубинина Е.Е., Бурмистров С.О., Ходов Д.А., Поротов И.Г. Окислительная модификация белков сыворотки крови человека, метод её определения. Вопросы медицинской химии, 1995, т. 41, № 1, с. 24-26. Dubinina E.E., Burmistrov S.O., Khodov D.A., Porotov I.G. Oxidative modification of human serum proteins, method for its determination. Voprosy meditsinskoy khimii, 1995, vol. 41, no. 1, pp. 24-26. (In Russ.) Sole M., Porte C., Biosca X. et al. Effects of the Aegean Sea oil spill on biotransformation enzymes, oxidative stress and DNA-adducts in digestive gland of the mussel (Mytilus edulis L.). Comp. Biochem. Physiol., 1996, vol. 113C, pp. 257-265. Sole M., Porte C., Biosca X. et al. Effects of the Aegean Sea oil spill on biotransformation enzymes, oxidative stress and DNA-adducts in digestive gland of the mussel (Mytilus edulis L.). Comp. Biochem. Physiol., 1996, vol. 113C, pp. 257-265. Сигачева Т.Б., Чеснокова И.И., Гостюхина О.Л., Холодкевич С.В., Кузнецова Т.В., Андреенко Т.И., Ковригина Н.П., Гаврюсева Т.В., Кирин М.П., Куракин А.С. Оценка рекреационного потенциала некоторых бухт города Севастополя с использованием методов биоиндикации. Юг России: экология, развитие, 2021, т. 16, № 1, с. 151-167. Sigacheva T.B., Chesnokova I.I., Gostyukhina O.L., Kholodkevich S.V., Kuznetsova T.V., Andreenko T.I., Kovrigina N.P., Gavruseva T.V., Kirin M.P., Kurakin A.S. Assessment of recreational potential of Sevastopol bays using bioindication methods. South of Russia: ecology, development, 2021, vol. 16, no. 1, pp. 151-167, doi: 10.18470/1992-1098-2021-1-151-167. (In Russ.) Mohite V.T., Lahir Y.K., Pathar M., Agwuoch S., Mane U.H. Study on the effects of exposure of sub lethal dose of cadmium and zinc on the enzymatic activity in the tissues of green mussel - Perna viridis (L) from Ratnagiri coast, Maharashtra. Journal of ecophysiology and occupational health, 2011, vol. 11, no. 3-4, pp. 131-140. Mohite V.T., Lahir Y.K., Pathar M., Agwuoch S., Mane U.H. Study on the effects of exposure of sub lethal dose of cadmium and zinc on the enzymatic activity in the tissues of green mussel - Perna viridis (L) from Ratnagiri coast, Maharashtra. Journal of ecophysiology and occupational health, 2011, vol. 11, no. 3-4, pp. 131-140. El-Khayat H.M.M., Hamid H.A., Gaber H.S., Mahmoud K.M.A., Flefel H.E. Snails and Fish as Pollution Biomarkers in Lake Manzala and Laboratory A: Lake Manzala Snails. Fisheries and Aquaculture Journal, 2015, vol. 6, no. 4, pp. 1-9. El-Khayat H.M.M., Hamid H.A., Gaber H.S., Mahmoud K.M.A., Flefel H.E. Snails and Fish as Pollution Biomarkers in Lake Manzala and Laboratory A: Lake Manzala Snails. Fisheries and Aquaculture Journal, 2015, vol. 6, no. 4, pp. 1-9. Cajaraville M.P., Bebianno M.J., Blasco J., Porte C., Sarasquete C., Viarengo A. The use of biomarkers to assess the impact of pollution in coastal environments of the Iberian Peninsula: a practical approach. The Science of the Total Environment, 2000, vol. 247, pp. 295-311. Cajaraville M.P., Bebianno M.J., Blasco J., Porte C., Sarasquete C., Viarengo A. The use of biomarkers to assess the impact of pollution in coastal environments of the Iberian Peninsula: a practical approach. The Science of the Total Environment, 2000, vol. 247, pp. 295-311.