БИОФИЗИКА, 2008, том 53, вып.5, с.822-825
= БИОФИЗИКА КЛЕТКИ =
УДК 577.3.04+577.23
ДЕЙСТВИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО КОГЕР ЕНТНОГО ЭЛЕКТР ОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ КР АЙНЕ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ НА ПАРАМЕТРЫ РОСТА БАКТЕРИЙ Enterococcus hirae
© 2008 г. В. Оганян, А. Саркисян, А. Тадевосян, А. Трчунян
Ереванский государственный университет; 0025 Ереван, ул. А. Манукяна, 1, Республика А рмения
E-mail: Trchounian@ysu.am Поступила в p едакцию 06.08.07 г. После доработки 06.05.08 г.
Установлено, что облучение бактерий ЕШегососсш hirae ATC,C9790, выращенных в анаэробных условиях, низкоинтенсивным (мощность потока 0,06 мВт/см ) когерентным электромагнитным излучением кр айне высоких частот (диапазон от 45 до 53 ГГц), или электр омагнитным излучением миллиметрового диапазона, в течение 1 ч приводит к заметному удлинению скр ытой фазы роста и уменьшению удельной скорости их р о ста; пр и этом эффекты возр а стают с увеличением частоты от 49 до 53 ГГц. Результат усиливается пр и увеличении длительности облучения от 30 мин до 1 ч, однако последующее увеличение времени облучения до 2 ч не приводит к возрастанию эффекта. Показано, что воздействие электромагнитного излучения крайне высоких частот на Е. hirae не зависит от рН среды (рН 6,0 или 8,0). Можно предположить, что у этих бактерий существуют защитные или репарационные механизмы, компенсирующие продолжительное воздействие этого излучения; не исключается и наличие р азличных механизмов регуляции рН.
Ключевые слова: Entern^^us hirae, когерентное электромагнитное излучение крайне высоких частот, бактерицидное действие, рН.
В последние голы заметно возрос интерее к воздействию низкоинтенсивного (низкоэнергетического) электромагнитного излучения крайне высоких частот (ЭМИ КВЧ), или ЭМИ миллиметр ового диапазона, на живые о рганиз-мы, в том числе и бактерии. Такой интерес обусловлен, прежде всего, тем, что ЭМИ КВЧ шир око используется в телекоммуникационной технологии и терапевтической практике (см. обзоры [1-2]) и его воздействие на бактерии в той или иной мере может привести к изменению их роли в природе и к новым патогенетическим механизмам ряда заболеваний человека и животных. Более того, показано, что различные бактерии могут взаимодействовать между собой пр и использовании ЭМИ (см. обзоры [1-2]). Бактерии, по-видимому, обладают ультразвуковым излучением [3], однако излучение КВЧ пока четко не зарегистрировано [4].
Показано, что так называемое «шумовое» (с широкополосной частотой и случайно изменяющимися фазами) и когерентное ЭМИ КВЧ малой интенсивности приводят к различным, в том числе бактерицидным, эффектам при дей-
Сокращение: ЭМИ КВЧ - электромагнитное излучение крайне высоких частот.
ствии на Escherichia соИ и другие бактерии [5-7]. Такие эффекты, проявляющиеся в уменьшении скорости роста и выживаемости бактерий, зависят, с одной стороны, от фазы их роста и анаэробных и аэробных условий среды роста, состава ростовой (культуральной) среды, особенностей бактериальных штаммов, а с другой - от частоты и интенсивности ЭМИ, длительности облучения и других параметров. Вместе с тем ЭМИ КВЧ может оказывать и разнона-пр авленное действие, приводящее к стимулированию роста бактерий [8-9].
Среди биологических, в том числе бактериальных, эффектов ЭМИ КВЧ выделяют изменения в структуре и поверхностных свойствах мембран, транспор те ионов и веществ, процессах пр евр ащения энер гии и другие сдвиги [5-7], которые могут приводить к изменению чувствительности Е. соИ, разных видов Staphilococcus и других бактерий к различным химическим реагентам [5,7]. Такие изменения могут лежать в основе бактерицидных эффектов ЭМИ КВЧ. Отмечается также, что происходят изменения в структуре и химической активности молекул воды [10-11], котор ые могут приводить к сдвигам в структуре, свойствах и активности белков и других макромолекул. Интересно представ-
ДЕЙСТВИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО КОГЕРЕНТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО 823
ление о pезонансном взаимодействии ЭМИ КВЧ с p азличными компонентами клеток [12].
Однако действие ЭМИ КВЧ на бактерии остается малоизученным. Эффекты ЭМИ КВЧ на различные бактерии могут отличаться др уг от друга, и в этом отношении представляет интерес изучение действия этого излучения на бактерии Enterococcus hirae, которые отличаются от Е. coli по крайней мере параметрами роста и особенностями метаболизма и могут играть разную экологическую роль [13-15].
В настоящей работе выявлено действие низкоинтенсивного когерентного ЭМИ КВЧ в диапазоне частоты 49 - 53 Ггц на параметры роста E. hirae.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Использовали E. hirae, дикий тип АТСС9790. Бактерии выращивали в пептонной среде при рН 8,0 в анаэробных условиях при сбраживании сахара (глюкозы, 0,2 %) [14-15]. Методы определения пар аметров роста - продолжительности скрытой фазы т и удельной скорости роста ц, а также статистической обработки данных - не отличались от описанных ранее [14-15]. При этом рН ро стовой ср еды регулировали с помощью HCl и NaOH. Дос-товер ность результатов оценивали по критерию Стьюдента p [16].
Бактерии (концентрированная суспензия клеток с максимальным титром в бидистилли-рованной воде; толщина суспензии составляла 1 мм) облучали с помощью генератора ЭМИ КВЧ типа Г4-141, р аботающего на основе лампы обратной волны. Генератор собран в Институте радиофизики и электр оники НАН Республики Ар мения (г. Аштар ак) и любезно предоставлен канд. физ.-мат. наук В. Калантаряном (Ереванский государственный университет). Генератор имеет конусообразную излучающую антенну и излучает когерентные электромагнитные волны с частотой в диапазоне от 45 до 53 ГГц. Бактерии облучали в режиме амплитудной модуляции с частотой 1 Гц (стабильность частоты сигнала генератора составляла 0,05%); мощность потока составляла 0,06 мВт/см2. В остальном условия облучения не отличались от описанных ранее [6-7,17]. При непосредственном облучении суспензии бактерий клетки сразу переносили в ростовую ср еду (с глюкозой, 0,2%). Следует заметить, что облучение суспензии бактерий с помощью генератора ЭМИ КВЧ с указанной мощностью потока в течение 2 ч не приводило к тепловым эффектам: температур а суспензии, равная 25°С, сохранялась при облучении.
ц, Ч"1
1.0 г
0.60.40.2 -0.0-
Контроль 49 50.3 51.8 53
/ГГц
Рис. 1. Изменение параметров роста бактерий Е. Ыгае АТСС 9790 после их облучения когерентным ЭМИ КВЧ при различных рН ср еды. Удельную скорость роста бактерий (параметр ц) определяли как 0,693/время удвоения оптической плотности суспензии (когда логарифм оптической плотности линейно возрастал во времени) [9,14]; длительность облучения 1 ч; в контроле - бактерии без облучения. Приведены средние значения не менее трех независимых экспериментов со стандартной ошибкой. Критерий Стьюдента (р) по сравнению с контролем равен: при рН 8,0 (светлые столбики): 49 и 50,3 ГГц - р > 0,1; 51,8 и 53 ГГц - р < 0,01; при рН 6,0 (заштрихованные столбики): 49 ГГц -р < 0,5; 50,3 ГГц - р < 0,025; 51,8 ГГц - р < 0,025; 53 ГГц - р < 0,01.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Бактерицидные эффекты «шумового» и когерентного ЭМИ КВЧ, или ЭМИ миллиметрового диапазона, на Е. coli, выражающиеся в существенном уменьшении скорости их роста и выживаемости в различных ср едах, были установлены ранее [6,7,9,17]. Облучение же Е. hirae АТСС9790 низкоинтенсивным ЭМИ КВЧ с когерентной частотой в диапазоне от 45 до 53 ГГц в течение 1 ч приводило к заметному увеличению пр одолжительности скрытой фазы роста бактерий в ~1,6 или ~2,0 раза при частотах, р авных 51,8 или 53 ГГц соответственно (не показано) и существенному уменьшению удельной скорости их роста (p < 0,01) (рис. 1), пр ичем действие ЭМИ КВЧ на удельную скорость роста бактерий ц усиливалось постепенно с увеличением частоты от 49 (p > 0,1), 50,3 (p > 0,1) до 51,8 (p < 0,01) и 53 ГГц (р < 0,01) (рис. 1). Можно допустить, что частота, равная 53 ГГц, при которой наблюдаются более выраженные эффекты, является резонансной для этих бактерий, что вполне согласуется с представлением о резонансных частотах, равных 51,8 и 70,6 ГГц для E. coli, определенных ранее [12]. По-видимому, резонанс, в который могут входить белки и другие макромолекулы, может лежать в основе действия ЭМИ КВЧ на бак-
824
ОГАНЯН и др.
Рис. 2. Зависимости действия когерентного ЭМИ КВЧ на удельную скорость роста Е. Ытае АТСС 9790 от длительности их облучения, рН 8,0. По оси ординат - удельная скорость роста бактерий (ц, %). Значение ц в контроле (без облучения) составляет 100 %. Другие условия и обозначения те же, что и на рис. 1. Критерий Стьюдента по сравнению с контролем при длительности облучения, равной: 0,5 ч - р > 0,1 (1); 1 и 2 ч - р < 0,01 (2, 3).
По-видимому, не случайно cpеда c отличным (по сравнению с Е. coli) рН 8,0 выбрана как наиболее оптимальная для роста Е. hirae, и она используется во многих исследованиях [14-15]. Не исключается и наличие различных механизмов регуляции рН у Е. hirae [13,18].
Таким образом, полученные результаты указывают на то, что действие низкоинтенсивного когерентного ЭМИ крайне высокой частоты в диапазоне от 49 до 53 ГГц на Е. hirae приводит, прежде всего, к изменению параметров роста этих бактерий. Полученные данные могут служить основой для изучения механизмов этих эффектов у Е. hirae и использоваться для решения практических задач в биотехнологии и медицине или для защиты продуктов от бак-тер ий.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Республики Армения, гр ант 0167-2005, 1012-2008.
тер ии. Не исключаются и другие резонансные частоты - вне изученного диапазона.
Следует заметить, что действие когерентного ЭМИ КВЧ на параметры роста Е. hirae зависит от времени облучения: увеличение длительности облучения от 30 мин до 1 ч при частоте, равной 53 ГГц, приводит к усилению подавления параметр а ц в ~2,4 раза (p < 0,01), однако увеличение времени облучения до 2 ч не приводит к последующему возрастанию эффекта (рис. 2). Такой результат может свидетельствовать о некотор ых защитных или репарационных механизмах у бактерий, которые компенсируют продолжительное воздействие ЭМИ КВЧ.
Интересным являе
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.