Исследование влияния бесконтактно активированной воды
на электрокинетические свойства дрожжевых клеток

Казанкин Дмитрий Сергеевич, Широносов Валентин Георгиевич
Каф. Биомедфизики, УдГУ, г. Ижевск, ,
(Сб. тезисов III Международный симпозиум.Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве,
промышленности. г. Москва, 2002.- с.190-194 )

----В связи с открытием феномена бесконтактной активации жидкостей (БАЖ) [1], и возможностью бесконтактной активации (БА) растворов в бездиафрагменном электролизере [2], представляет интерес выяснить влияние бесконтактно активированной воды на живые клетки. Биологическим тест-объектом служили пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae ГОСТ 171-81

----Различия в физиологическом состоянии клеток в контроле и опыте определялись по их электрокинетическим свойствам (ЭКС). ЭКС проявляются в движении клетки под действием внешнего электрического поля. В работе использовался метод прижизненного знакопеременного клеточного микроэлектрофореза [3, 4]. Сущность метода заключается в измерении амплитуды колебания клеток в поле зрения микроскопа. В электрофоретической камере клетки совершают вынужденные возвратно-поступательные движения при смене знака напряжения на электродах (10 В, с частотой 0,1 Гц). Частота колебаний клеток равна частоте смены знаков на электродах, но амплитуда колебаний может быть различной в зависимости от заряда клеточной поверхности. Как известно, именно поверхность есть место, где совершаются многочисленные биологически важные явления. Заряд клеточной поверхности является показателем физиологического состояния и неотъемлемым свойством любой клетки. ЭКС клеточной поверхности отражает физиологическое состояние клетки.

----Определение влияния бесконтактно активированной воды производилось на основании различий ЭКС отдельных клеток внутри культуры. В данном методе ЭКС клеток является их амплитуда колебания в знакопеременном поле. На основании литературных данных [3] можно сделать вывод, что неблагоприятные факторы среды, либо переходные процессы увеличивают гетерогенность ЭКС клеток внутри популяции. В стабильных условиях существования, как правило, наблюдаются однородные по ЭКС клетки.

----В первой серии опытов было изучено влияние изменения ОВП в процессе бесконтактной активации среды на коэффициент вариации CV амплитуды xi колебания клеток при знакопеременном электрофорезе

, ,

где i=1, 2,…n, n - количество исследуемых клеток.

Коэффициент вариации CV служит в данном случае показателем гетерогенности популяции по электрокинетическим свойствам отдельных клеток. Для увеличения гетерогенности по ЭКС клеток применялось сильное разбавление дистиллированной водой: 1 г клеточной массы на 1 л. Действие лимитирующих факторов: недостаток источника углерода и слабый отрицательный осмотический шок, увеличивают гетерогенность клеток по ЭКС. Активированная среда (в опыте) в некоторой степени компенсирует действие неблагоприятных факторов на клетки. Типичный график изменения CV от окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) в процессе бесконтактной ии представлен на рис. 1.

Рис.1.Зависимость коэффициента вариации ЭКС дрожжевых клеток от изменения ОВП среды в процессе бесконтактной активации. CV - коэффициент вариации амплитуды колебания клеток при знакопеременном электрофорезе; Eh - окислительно-восстановительный потенциал водной среды, в которой находятся клетки. Абсцисса - время инкубации дрожжевых клеток, ч; ординаты-CV-коэффициент вариации в %; Eh-ОВП среды в мВ.

----Суспензия дрожжевых клеток разбавлялась обычной дистиллированной водой с Eh " + 300 мВ (ХСЭ) до концентрации 1 г клеточной массы на 1 л. и V = 40 мл суспензии инкубировались в полиэтиленовой емкости с толщиной стенок " 0,025 мм. Через некоторое время значение CV выравнивалось и емкость с суспензией клеток помещалась в электрохимически активированный раствор NaCl (C=9 г/л V=1 л), сразу после прекращения электролиза (tэл=15 мин.). ЭХА проводилась в бездиафрагменном электролизере аналогичному по конструкции описанному в работе [2]. В результате бесконтактной активации водной суспензии клеток, Eh в полиэтиленовой емкости быстро изменялся до " -270…-400 мВ (ХСЭ). При этом в суспензии дрожжевых клеток изменялся коэффициент вариации амплитуды колебания клеток. По результатам 3 повторений изменения составляют от 5 до 17%. Уменьшение гетерогенности популяции по ЭКС отдельных клеток свидетельствует о большей однородности электрокинетических свойств клеток в опытной культуре по сравнению с контрольной. Этот факт указывает на повышение адаптивности клеток

----В следующей серии опытов было изучено влияние бесконтактно активированной воды на вариацию амплитуды колебания клеток в суспензиях разбавленных дистиллированной водой (рис.2, контроль) и бесконтактно активированной дистиллированной водой (рис.3, опыт).

----На рис.2 показана зависимость коэффициента вариации амплитуды колебания при знакопеременном электрофорезе от времени нахождения клеток в дистиллированной воде.

Рис. 2. Зависимость коэффициента вариации амплитуды колебания клеток от времени нахождения в контрольной среде со стандартным значением Eh (+290 … +350 мВ).

----На рис. 3 показана зависимость изменения коэффициента вариации амплитуды колебания клеток от времени нахождения в бесконтактно активированной дистиллированной воде. Начальная суспензия клеток разбавлялась активированной водой с измененным ОВП " -370 мВ (ХСЭ). В опыте применялась вода прошедшая бесконтактную активацию (15 мин.) в камере бездифарагменного электролизера [2], после прекращения в нем электролиза раствора NaCl (V=1л, С=9 г/л, tэл=15 мин.). После разведения суспензии клеток активированной водой производились измерения амплитуды колебания клеток при электрофорезе, и определялся коэффициент вариации. На графике время t=0 соответствует времени разведения клеток в активированной среде.

Рис. 3. Зависимость коэффициента вариации амплитуды колебания клеток от времени нахождения в активированной среде с бесконтактно измененным значением Eh " -370 мВ (ХСЭ).

----Результаты второй серии опытов показали, что в сильно разбавленной среде на основе обычной дистиллированной воды с Eh " +300 мВ (ХСЭ) наблюдается постепенное увеличение гетерогенности культуры клеток, что связано с неблагоприятными условиями среды обитания (недостаток по источнику углерода и слабый отрицательный осмотический шок). В сильно разбавленной среде, на основе бесконтактно активированной воды с Eh " -370 мВ (ХСЭ) наблюдается постепенное уменьшение гетерогенности культуры клеток, не смотря на действие перечисленных факторов. Снижение гетерогенности культуры клеток в БА среде, при прочих равных условиях, свидетельствует о повышении адаптивности клеток к лимитирующим факторам среды за счет приобретения клетками дополнительной энергии.

---- Возможность безреагентного влияния на биохимические реакции клеток позволит получать популяцию клеток, растений, животных с однородными, искусственно заданными улучшенными свойствами.

Список публикаций:

1. Бахир В.М. Электрохимическая активация. - М.; ВНИИИМТ, 1992, ч.1. с.197.
2. Широносов В.Г., Широносов Е.В. Опыты по бесконтактной электрохимической активации воды, с. 66 - 68, 2-й Международный симпозиум "Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве, просмышленности", тез. докл. - М.; ВНИИИМТ ОАО НПО "Экран". 1999. - с. 67. http://www.ikar.udm.ru/sb15-12.htm
3. Мирошников А.И., Фомиченков В.М., Иванов А.Ю. Электрофизический анализ и разделение клеток. М.: Наука, 1986.
4. Казанкин Д.С. Электрокинетические методы прижизненного исследования клеток. "МИС-РТ", сб. 17-3, 2000. http://www.ikar.udm.ru/sb17-3.htm