Allium test
Внешние видеофайлы | |
---|---|
Allium test (Ознакомьтесь с наглядным материалом) | |
Allium test — растительная тест система для анализа мутагенных факторов химической и физической природы на основе растения Allium cepa (сорт Штутгартен). Allium-test — в котором в качестве материала используются корешки проростков репчатого лука Allium cepa, который впервые предложен Шведской Королевской Академией Наук как стандартный тест-объект[2][3].
Субстрат — вода или подготовленный раствор?
[править]Средой для проращивания может служить:
- Вода из под крана:
- Очищенная, и отстоянная
- Пропущенная через фильтр типа «Кувшин»
- Пропущенная через систему тройной фильтрации
- Вода дистиллированная
- Необходимо знать характеристики дистиллятора, поскольку он способен вторично загрязнять чистую воду ионами металлов. Входящих в его конструкцию, например Медью
- Вода искусственная
- Уточнить у славы состав
Рекомендуется использовать искусственную воду и дистиллированную для контроля и дистиллированную воду для эксперимента.
Рассмотрим свойства различной по составу воды:
Дистиллированная |
Солевой состав: отсутствует pH: сдвинут в сторону (введите значение) и составляет примерно (введите значение)[источник?] Данная вода обладает мутагенным эффектом из-за отсутствия питательных веществ, необходимых для функционирования микроструктур клетки[источник?]. |
Искусственная |
Солевой состав[источник?]:
pH: Находится у точки (введите значение)[источник?] Данная вода определяется почти полным отсутствием видимых генетических нарушений. Необходимо проведение теста на CommetAssey для того чтобы убедиться что количество микронарушений так же мало |
Неотсортирвоанные разделы, вы хотите удалить из них мусор?
[править]Биотест Allium test разработан А. Леваном в 1938 году для изучения эффекта влияния W:колхицина, показав в итоге высокую эффективность. В настоящее время Allium-test используется наряду с постоянно увеличивающимся числом объектов (среди растений наиболее часто — горох Pisum sativum и бобы Vicia faba), но продолжает оставаться одним из наилучших тест-объектов для анализа генотоксичности и токсичности различных факторов[2][4].
Данный метод не требует знания кариотипа и идентификации типов повреждений хромосом, является простым, экономичным и достаточно чувствительным для определения «W:мутаген» или «не мутаген» фактор[5].
Allium test рекомендован экспертами ВОЗ как стандарт в цитогенетическом мониторинге окружающей среды, так как результаты, полученные на данном тесте, показывают корреляцию с тестами на других организмах: водорослях, растениях, насекомых, в том числе и млекопитающих и человеке[3][6][7]. Рекомендован в качестве альтернативы in vivo тестам на лабораторных животных по токсикологическому критерию[8]
Преимущества метода Allium cepa
[править]Преимущества растительной тест-системы Allium cepa
[править]Данный метод не требует знания кариотипа и идентификации типов повреждений хромосом, является простым, экономичным и достаточно чувствительным для определения «мутаген» или «не мутаген» фактор[5].
Метод позволяет регистрировать хромосомные мутации типа делеций и транслокаций, следствием которых является наличие мостов и фрагментов в ана- и телофазе. Кроме того метод позволяет выявлять изменение поведения хромосом на веретене деления[5].
Преимущества растительных тест систем на примере лука Allium cepa
[править]Растительные тест-системы в настоящее время получают всё большее распространение при оценке мутагенного загрязнения окружающей среды. Это обусловлено целым рядом преимуществ растений как индикаторов генотоксичности различных факторов, так и сигнальных объектов при генетическом мониторинге за состоянием окружающей среды:
- Растения — неизменный объект для натурных исследований антропогенного влияния на окружающую среду: первыми принимают на себя удар загрязнителей, не мигрируют подобно животным, что позволяет чётко рассчитать время воздействия.
- Растения — эукариотические организмы, поэтому на них, в отличие от микроорганизмов, можно регистрировать все типы генетических повреждений:
- генные,
- хромосомные,
- геномные.
- Методы работы с растительными объектами экономичны, требуют минимального количества оборудования и W:реактивов, выращивание растений менее трудоёмко, чем выращивание животных.
- Можно получать материал нужных стадий.
- Эксперименты можно вести в строго контролируемых условиях — как в острых, так и в хронических опытах (от нескольких часов до нескольких лет).
- Данные по мутагенезу ряда факторов на растительных объектах показывают хорошую корреляцию с результатами тестирования на животных.
- Растения позволяют регистрировать как прямые, так и косвенные мутагены.
- Только растения позволяют выявить такой важный класс мутагенов, как W:химические соединения, приобретающие мутагенность в процессе метаболической активации растительными W:ферментами.
- Некоторые факторы, высокая токсичность которых не позволяет учесть генетические повреждения на животных, могут быть оценены как мутагены только в растительных тест-системах.
- Растения могут выращиваться непосредственно на месте оценки суммарного генетического эффекта загрязнения определяемых участков[9].
- Данные полученные на растительных тест-системах показывают хорошую корреляцию с данными тестов на млекопитающих. Более того, высшие растения проявляют себя в экосистеме как стабильный биосенсор и, таким образом позволяют отследить эволюцию генотоксического воздействия (в том случае когда фактор проявляет мутагенный эффект одновременно на растительном и животном тест объектах)[10].
Методика проведения тестирования
[править]Подготовка оборудования для тестирования
[править]Химические реактивы
[править]Ацетоорсеин | 1 г орсеина растворяют в 50 мл горячей уксусной кислоты, доводят до кипения и фильтруют. Используется для окраски корешков |
Фиксатор Кларка | смесь 96 % этилового спирта и ледяной уксусной кислоты в соотношении 3:1. Используется для фиксации корешков. |
Спирт 70 % | смесь 96 % этилового спирта и дистиллированной воды. Используется для долговременного хранения корешков |
Уксусная кислота 40 % | смесь ледяной уксусной кислоты и дистиллированной воды. Используется для приготовления препаратов |
Подготовка материала для тестирования
[править]Подготовка луковиц
[править]Выберите луковицы для исследования. Выборка должна быть однородной как в контрольном, так и в опытном вариантах опыта. Средняя масса севка — 10-20г, диаметром 1,5-2 см. Выбранные луковицы не должны быть пересушены. Это можно понять сняв лишнюю шелуху, которая так же может мешать и проведению опыта. До начала эксперимента у луковиц не должно быть проклюнувшихся зеленых ростков листьев.
Подготовка фактора мутагенеза и процедура тестирования
[править]Существует два варианта Allium test: оригинальный и модифицированный.
- В оригинальном варианте теста луковицы помещают для проращивания корешков в чистую воду (прим: автор допускает использование водопроводной воды. Следует взять во внимание тот факт, что в Швеции, откуда родом автор водопроводная вода действительно очень чистая. Как вариант можно использовать очищенную питьевую воду низкой минерализации). По достижении корешками 1-2 см луковицы переносят в емкости с исследуемым раствором на определенное время (от 2 часов в случае с р-ом колхицина до 3 дней). Оригинальный вариант наиболее удобен при тестировании физических факторов.
- В модифицированном варианте теста луковицы помещают непосредственно в исследуемый раствор без предварительного проращивания корешков. Данный вариант чаще используется при тестировании химических веществ.
Для тестирования подходят факторы различной природы (см. таблицу):
Физический фактор: |
|
В случае с физическим мутагенным фактором луковицы подвергаются воздействию фактора с прочими одинаковыми условиям среды, как в контроле |
Химический фактор: |
|
В случае с химическим мутагенным фактором луковицы проращиваются на растворе или концентрированном растворе химического вещества и воды в заведомо определённой концентрации. Контроль проращивается на воде без добавления химического мутагенного фактора |
Биологический фактор: |
|
Аналогично предыдущему |
Для чистоты эксперимента допустимо использование дистиллированной воды. При этом луковица будет расти за счёт внутренних питательных резервов. Ограничение тут в том, что дистиллированная вода является мутагеном. Однако и в контроле, и в опыте в этом случае ущерб от дистиллированной воды будем считать равным, как и прочие фоновые условия.
Луковицы проращиваются от 3 до 4 дней. Желательно использовать емкости диаметром 1,5 см и высотой 10 см, чтобы по мере роста корни не упирались в дно ёмкости, в которой они находятся. Иначе это может приводить к некоторым биологическим эффектам — реакция меристемы на препятствие. Для проведения ана-телофазного анализа берут часть корешка длиной около 1 см. Проводят процедуру фиксации (для долговременного хранения). При необходимости корешки отмывают от фиксатора в воде, затем окрашивают ацеторсеином согласно стандартной методике. Для микроскопирования используют кончик корня длиной 1-2 мм — зона активного деления меристематических клеток.
Фиксация
[править]Для фиксации корешки помещают в емкости с фиксатором Кларка (см.выше). Емкости герметично закрывают и оставляют для фиксации клеток на 1-2 дня. Затем материал промывают два раза от фиксатора в 70 % спирте, и помещают в емкости с 70 % спиртом для долговременного хранения. Спирт должен превосходить материал по объему в 4-5 раз.
Окрашивание материала
[править]Окраску корешков производят 2 % ацетоорсеином (см. выше). Корешки отмывают от спирта в воде (удобно в чашках Петри). Материал переносят в небольшие фарфоровые тигли с держателем, которые на 2/3 заполняют красителем. Тигель накрывают предметным стеклом. Нагревают над пламенем спиртов до тайного кипения (запотевание покровного стекла). Тигель с материалом оставляют на некоторое время для прокрашивания хромосом (от 2 часов до 1 суток). После этого можно готовить препараты для микроскопирования.
Методика приготовления препаратов для микроскопического анализа
[править]Готовят временные давленые препараты корневых меристем. Для этого от окрашенного корешка лезвием отрезают кончик меристемы длинной 2-3 мм (кончик отличается по более темной окраске и утолщением), помещают на предметное стекло в каплю 45 % уксусной кислоты, накрывают покровным стеклом и с помощью спички аккуратно раздавливают до получения монослоя клеток. Препараты анализируют под микроскопом при увеличении 12,5х1,5х40. На препаратах рассматривают мелкие, округло-квадратной формы клетки с хорошо прокрашенными ядрами и неповрежденными клеточными стенками.
Макроскопические исследования: скринниг-тест
[править]Перед генетическим анализом следует провести первичный скриннинг-тест, который сразу покажет обладает ли фактор выраженной биологической активностью. Основным и наиболее важным изучаемым макропараметром является рост корней. Но помимо него могут еще изучаться другие параметры:
- Тургесценция. Твердость кончиков корней связана со степенью токсичности фактора. При высокой токсичности фактора тургесценция падает, что может привести к гибели корней.
- Изменение цвета. В течение эксперимента может меняться цвет корей и причина тому — содержание в воде определенных солей (например сине-зеленый от медного купопроса). Кроме того кончики корней могут стать коричневыми, что связанно с токсическим эффектом фактора, вызывающим клеточную смерть.
В качестве стандартных исследуются следующие параметры:
- Форма корней. Разбухание кончиков корней после 4-5 дней воздействия, свидетельствует об особом типе нарушения с-митозе. Изгиб корней или их кончиков происходит как правило после воздействия растворов определенных солей.
- Длина корней. Это значение средней длины корней (для 1 луковицы).
Методика измерения длины корней
[править]Измерить длину корней можно двумя способами:
- Обычно длина корневой системы измеряется снаружи емкости с помощью рулетки (измерение для каждой луковицы). Этот метод позволяет проводить измерения в течение эксперимента.
- Более точным является второй способ. По окончании эксперимента корни срезаются у луковицы под основание, измеряется длина каждого корешка, вычисляется среднее значение (среднее значение для каждой луковицы). Поврежденные корни не учитываются. Затем устанавливается среднее значение длины корней для всей выборки луковиц.
Вычисление параметра корневого прироста
[править]Рассчитывается средняя длина корней для каждой луковицы в опытных и контрольных сериях экспериментов. Затем вычисляется общее среднее значение длины для опытной серии и контрольной. Вычисляется во сколько раз длина корней в опытной серии больше/меньше чем в контрольной и выражается в процентах. Статистическую обработку результатов проводят с использованием дисперсионного анализа.
Изменение длины корней в Allium test-е является показателем токсичности. Это очень чувствительный показатель, который легко регистрируется визуально и не требует никаких специальных реактивов и аппаратуры, хорошо коррелирует с микроскопическими параметрами и потому предложен в качестве краткосрочного скриннинг-теста. Если происходит значительное угнетение роста корней по сравнению с контролем, то отмечают токсический эффект воздействующего фактора. В случае значительного прироста корней, говорят о стимулирующем эффекте.
Микроскопические исследования и статистическая обработка
[править]Расчет частоты мутаций
[править]В Allium test для расчета частоты мутаций традиционно применяется метод ана-телофазного анализа частоты хромосомных аберраций. На стадии ана- телофазы регистрируются мутации, связанные с грубым нарушением структуры хромосом, а так же с повреждением митотического веретена (веретена деления) или изменением поведения хромосом на веретене деления[28]:
- отставания хромосом,
- аберрантные митозы:
- трёхполюсные митозы,
- четырёхполюсные митозы,
- несимметричные митозы.
Рекомендации
[править]При оценке мутагенной активности химических веществ достаточно использовать лишь W:ана-телофазный анализ, то есть регистрировать мутации в фазах митоза, так как меристемы в течение всего опыта находятся в контакте с воздействующим фактором. Но при изучении мутагенной активности ЭМИ этого оказалось недостаточно, поскольку воздействию излучения корневые меристемы подвергаются лишь некоторый период времени. В промежутках между облучениями происходит преобразование индуцированных в анафазе и телофазе хромосомных фрагментов — клетки выходят из митоза и переходят в интерфазу, а фрагменты становятся микроядрами. В результате эти мутации остаются неучтенными. В связи с этим была предложена модификация метода Allium test, которая позволяет учитывать всю сумму мутаций. На одном препарате было рекомендовано применять W:ана-телофазный анализ и микроядерный тест. При этом анализируется вся совокупность клеток (делящиеся и не делящиеся), что позволяет избежать ложноотрицательных ответов и дает более достоверные результаты[14].
Расчет митотического и фазных индексов
[править]Расчёт митотических индексов можно проводить на тех же препаратах, что и W:ана-телофазный анализ. Просматривается от 400 до 600 клеток (больше — лучше). Подсчитывается общее количество делящихся клеток и отдельно клетки на разных стадиях W:митоза.
Обозначение фазы / индекса | Характеристика | Расчёт индекса |
---|---|---|
|
митотический (mitotic) индекс (MI, %)
|
|
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
ана- телофаза |
|
Статистическая обработка данных
[править]Проводиться с использованием математических пакетов (Statistica, MS Excel). Для статистического анализа данных, полученных методом Allium test (частота хромосомных аберраций и микроядер, фазных индексов и т. д.) была разработана самовычисляющая электронная таблица на основе MS Excel. Она дает возможность эффективно группировать данные на листе, предоставляет выходные данные в удобном для обработки и использования виде, а так же позволяет в будущем наращивать функционал таблицы[29].
См. также
[править]Источники информации
[править]Примечания
[править]- ↑ Д. С. Песня, А. В. Романовский, И. М. Прохорова, Т. К. Артѐмова, М. И. Ковалѐва, А. Н. Фомичева, Е. С. Кондакова, К. М. Халюто, С. А. Вакорин ИССЛЕДОВАНИЕ МУТАГЕННОГО ЭФФЕКТА МОДУЛИРОВАННОГО УВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ СОТОВЫХ ТЕЛЕФОНОВ НА РАСТИТЕЛЬНЫХ И ЖИВОТНЫХ ОРГАНИЗМАХ IN VIVO (рус.). — 2010. — С. 924-929.
- ↑ а б Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Англо-русский толковый словарь генетических терминов. — ВНИРО, 1995. — 407 с.
- ↑ а б Fiskesjо G. The Allium Test as a standard in environmental monitoring // Hereditas. — 1985. — Т. 102. — С. 99-112.
- ↑ Sharma C.B. Plant meristems as monitors of genetic toxicity of environmental chemicals // Current science. — 1983. — Т. 52. — № 81. — С. 1000-1002.
- ↑ а б в Прохорова И. М., Фомичёва П. Н., Ковалёва М. И. и др. Особенности пространственной динамики мутагенной активности воды р. Которосль и оз. Неро. // Современные проблемы биологии, экологии, хмимии : Региональный сборник научных трудов. — Ярославль: 2005. — С. 118-119.
- ↑ Constantin M.J., Owens E.T. Introduction and perspectives of plant genetic and cytogenetic assay // Mutat. Res.. — 1982. — С. 1—12.
- ↑ WHO World Health Organization monographs on selected medicinal plants // World Health Organization. — Geneva: 1999. — Т. 1.
- ↑ а б Abu, Ngozi E. and Mba, K. C. Mutagenecity testing of phamarceutical effluents on Allium cepa root tip meristems // Toxicology and Environmental Health Sciences. — Academic journals, 2011. — № 3(2). — С. 44—51.
- ↑ Прохорова И.М. Растительные тест-системы для оценки мутагенов / Сост. И.М. Прохорова. — Ярославль: ЯрГУ, 1988. — 13 с.
- ↑ Paola Poli, Annamaria Buschini, Francesco Maria Restivo, Antonella Ficarelli, Francesca Cassoni1, Iliana Ferrero and Carlo Rossi Comet assay application in environmental monitoring: DNA damage in human leukocytes and plant cells in comparison with bacterial and yeast tests // Mutagenesis. — Oxford University Press: Oxford Journals, 1999. — № 14(6). — С. 547—556.
- ↑ Karl Sax The Behavior of X-Ray Induced Chromosomal Aberrations in Allium Root Tip Cells // Getetics : статья. — Harvard University: 1941. — № 26(4). — С. 418—425.
- ↑ С. А. Мамедли, академик НАН Украины Д. М. Гродзинский Роль типа опыления в проявлении радиационно-индуцированной нестабильности генома у растений // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — Национальная Академия Наук Украины, 2007. — № 7. — С. 165—170.
- ↑ Романовский А., Песня Д., Прохорова И. Мутагенное действие мобильного телефона // перечень публикаций
- ↑ а б Песня Д.С., Романовский А.В., Прохорова И.М. Разработка методики для оценки влияния УВЧ излучения сотовых телефонов и других приборов с ЭМИ на организмы in vivo // Ярославский Педагогический Вестник. — Ярославль: ЯГПУ им. К.Д. Ушинского, 2010. — Т. 3 (Естественные науки). — № 3. — С. 80—84.
- ↑ Песня Д.С., Романовский А.В., Прохорова И.М., Артёмова Т.К., Ковалева М.И., Фомичева А.Н., Соколов С.А., Кондакова Е.С., Шешина К.А., Вакорин С.А. Исследование биологического эффекта модулированного УВЧ излучения на растительных и животных организмах in vivo // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника : статья. — Москва: Радиотехника, 2011. — № 4. — С. 34—45.
- ↑ Mirta Tkalec, Krešimir Malarić, Mirjana Pavlica, Branka Pevalek-Kozlina and Željka Vidaković-Cifrek Effects of radiofrequency electromagneti fields on seed germination and root meristematic cells of Allium cepa L. // Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis. — Elsevier B.V., 2009. — № 642(2). — С. 76—81.
- ↑ Olorunfemi D., Iogieseri U. M., Akinboro A. Genotoxicity Screening of Industrial Effluents using Onion bulbs (Allium cepa L.) // Appl. Sci. Environ.. — JASEM, 2011. — С. 211—216.
- ↑ de Rainho CR, Kaezer A, Aiub CA, Felzenszwalb I. Ability of Allium cepa L. root tips and Tradescantia pallida var. purpurea in N-nitrosodiethylamine genotoxicity and mutagenicity evaluation // An. Acad.Bras. Cienc.. — 2010. — С. 925—932.
- ↑ K. Klancnik, D. Drobne, J. Valant, J. Dolenc Koc Use of a modified Allium test with nanoTiO2 // Ecotoxicology and Environmental Safety. — Elsevier B.V., 2010.
- ↑ K. Babu, M. Deepa, S. G. Shankar & S. Rai Effect of Nano-Silver on Cell Division and Mitotic Chromosomes: A Prefatory Siren // The Internet Journal of Nanotechnology. — ISPUB, 2008.
- ↑ Aganović-Musinović I, Todić M, Becić F, Kusturica J. Genotoxicity evaluation of paracetamol applying Allium test // Medical Arh.. — 2004. — № 58(4). — С. 206—9.
- ↑ Aşkin Celik T., Aslantürk O.S. Evaluation of cytotoxicity and genotoxicity of Inula viscosa leaf extracts with Allium test // J. Biomed. Biotechnol.. — 2010.
- ↑ Magda I. Soliman Genotoxicity testing of neem plant (Azadirachta indica A. Juss) using the Allium cepa chromosome aberration assay // Biological Science. — Asian Network for science information, 2001. — № 1(11). — С. 1021—1027.
- ↑ Barbério A, Barros L, Voltolini JC, Mello ML. Evaluation of the cytotoxic and genotoxic potential of water from the River Paraíba do Sul, in Brazil, with the Allium cepa L. test // Braz. J. Biol.. — 2009. — № 69(3). — С. 837—842.
- ↑ Sandra Radić,, Draženka Stipaničev, Valerija Vujčić, Marija Marijanović Rajčić,Siniša Širac, Branka Pevalek-Kozlina The evaluation of surface and wastewater genotoxicity using the Allium cepa test // Science of the Total Environment. — Elsevier B.V., 2009. — № 408. — С. 1228—1233.
- ↑ D. Lerda, M. Biagi Bistoni, P. Pelliccioni & N. Litterio Allium cepa as a biomonitor of ochratoxin A toxicity and genotoxicity // Plant biology. — 2010. — № 58(4).
- ↑ W.M. Howell, G.E. Keller III, J.D. Kirkpatrick, R.L. Jenkins, R.N. Hunsinger and E.W. McLaughlin Effects of the plant steroidal hormone, 24-epibrassinolide, on the mitotic index and growth of onion (Allium cepa) root tips // Genet. Mol. Res.. — Samford University: GMR, 2007. — № 6(1). — С. 50—58.
- ↑ Песня Д.С., Романовский А.В. Митоз в растительной клетке: норма и патология : Научно-практические пособие. — Москва: JRE – ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, 2010. — С. 929.
- ↑ Романовский А.В., Песня Д.С., Эффективное использование электронных таблиц на примере генотоксикологических исследований проб воды // Биология внутренних вод: Материалы XIV международной школы-конференции молодых ученых. — Борок, ИБВВ им. И.Д. Папанина РАН: Принтхаус, 2010. — С. 120—127.
Литература
[править]Fiskesjö, Geirid Биотестирование с помощью лука обыкновенного = Protocol № 8. Allium test. — Швеция: Институт генетики Лундского университета, сентябрь 1989.
Fiskesjö, Geirid Allium screening test = Fiskesjo G., The Allium test as a standard in environmental monitoring, Hereditas., V. 102, 1985, pp. 99‑112. — Швеция: Институт генетики Лундского университета, сентябрь 1989.