References

microbe

Проблемы особо опасных инфекций

Problems of Particularly Dangerous Infections

0370-10692658-719X

Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”

10.21055/0370-1069-2018-1-66-71

microbe-462

Research Article

ОБЗОРЫ

REVIEWS

Неспецифическая индикация микроорганизмов в объектах окружающей среды

Non-Specific Indication of Microorganisms in Environmental Samples

Спицын

А. Н.

Spitsyn

A. N.

Саратов.

Saratov.

Осина

Н. А.

Osina

N. A.

Саратов.

Saratov.

Германчук

В. Г.

Germanchuk

V. G.

Саратов.

Saratov.

Уткин

Д. В.

Utkin

D. V.

Саратов.

Saratov.

Шарова

И. Н.

Sharova

I. N.

Саратов.

Saratov.

Куклев

В. Е.

Kuklev

V. E.

Саратов.

Saratov.

Портенко

С. А.

Portenko

S. A.

Саратов.

Saratov.

ФКУЗ «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб».РоссияRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”.Russian Federation

2018

08042018

016671

2018

Спицын А.Н., Осина Н.А., Германчук В.Г., Уткин Д.В., Шарова И.Н., Куклев В.Е., Портенко С.А.

Spitsyn A.N., Osina N.A., Germanchuk V.G., Utkin D.V., Sharova I.N., Kuklev V.E., Portenko S.A.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://journal.microbe.ru/jour/article/view/462

В обзоре представлен анализ современных методов и средств проведения неспецифической индикации патогенных биологических агентов в объектах окружающей среды. Рассмотрены технологические особенности применения этих методов, направленных на выявление в пробах биологических веществ белковой природы. В группе средств неспецифического обнаружения ПБА представлены отечественные и зарубежные полевые устройства, основанные на выявлении белкового загрязнения с помощью различных вариантов колориметрии. Из технологий, применяемых для дистанционного и недистанционного мониторинга состояния окружающей среды на наличие аэрозолей биологической природы, представлены гибридные лидарные системы (биолидары) и биодетекторы. Для детекции нуклеиновых кислот ПБА рассмотрены комплексы, основанные на связывании молекул ДНК с флуорофорами с последующей детекцией флуоресценции. Приведены примеры использования технологий хемилюминесцентного анализа в разработанных автоматических сигнализаторах примесей, а также показаны примеры систем с применением биолюминесценции. На основании анализа литературных данных представлен возможный алгоритм индикации патогенных биологических агентов при осуществлении мониторинга состояния окружающей среды в зонах возможного возникновения чрезвычайных ситуаций и при проведении массовых мероприятий.

The review presents an analysis of modern methods and instruments for performing nonspecific detection of pathogenic biological agents in environmental objects. Discussed are technological characteristics of application of these methods for the detection of biological substances of protein nature in samples. The spectrum of means for non-specific PBA detection includes home-produced and foreign field devices based on protein contamination indication using various colorimetry variants. Technologies for remote and direct monitoring of environment for the presence of aerosols of biological nature are represented by hybrid lidar systems (biolidars) and biodetectors. For PBA nucleic acids tracing, the complexes based on DNA molecule binding with fluorophore with further fluorescence detection are described. Given are the examples of chemiluminescent analysis application in the developed automatic impurity detectors, as well as systems using bioluminescence. Based on the literature data analysis, put forward is a possible algorithm for indication of pathogenic biological agents when carrying out monitoring of the environment in zones of possible emergency situation occurrence and mass events holding.

неспецифическая индикацияпатогенные биологические агентыколориметрияфлуоресценцияхемилюминесценциябиолюминесценциябиодетекторы

nonspecific indicationpathogenic biological agentscolorimetryfluorescencechemiluminescencebioluminescencebiodetectors

References1

Борейшо А.С., Коняев М.А., Морозов А.В., Пикулик А.В., Савин А.В., Трилис А.В., Чакчир С.Я., Бойко Н.И., Власов Ю.Н., Никитаев С.П., Рожнов А.В. Мобильные многоволновые лидарные комплексы. Квантовая электроника. 2005; 35(12):1167–78.

Boreisho A.S., Konyaev M.A., Morozov A.V., Pikulik A.V., Savin A.V., Trilis A.V., Chakchir S.Ya., Boiko N.I., Vlasov Yu.N., Nikitaev S.P., Rozhnov A.V. [Mobile multi-wave lidar complexes]. Kvantovaya Elektronika. 2005; 35(12):1167–78.

Владимиров Ю.А. Свечение, сопровождающее биохимические реакции. Соросовский образоват. журн. 1999; 6:25–32.

Vladimirov Yu.A. [Luminescence accompanying biochemical reactions]. Sorosovsky Obrazovat. Zh. 1999; 6:25–32.

Владимиров Ю.А., Проскурина Е.В. Свободные радикалы и клеточная хемилюминесценция. Успехи биологич. химии. 2009; 49:341–88.

Vladimirov Yu.A., Proskurina E.V. [Free radicals and cellular chemiluminescence]. Uspekhi Biol. Khimii. 2009; 49:341–88.

Германчук В.Г., Уткин Д.В., Щербакова С.А. Анализ современных методов и средств экспрессной индикации токсинов. Пробл. особо опасных инф. 2012; 2(112):51–4.

Germanchuk V.G., Utkin D.V., Shcherbakova S.A. [Analysis of the modern methods and means for rapid toxin indication]. Probl. Osobo Opasn. Infek. 2012; 2(112):51–4.

Дерябин Д.Г., Поляков Е.Г., Каримов И.Ф. Особенности использования тест-систем при исследовании абиотических сред и биологических жидкостей. Вестник Оренбургского ГУ. 2005; 5:101–4.

Deryabin D.G., Polyakov E.G., Karimov I.F. [Peculiarities of the test-system usage when studying abiotic media and biological fluids]. Orenburg State University Bulletin. 2005; 5:101–4.

Злобин В.И., Евстигнеев В.И. Специфическая и неспецифическая индикация микроорганизмов в окружающей среде. Вестн. РАМН. 2002; 11:37–42.

Zlobin V.I., Evstigneev V.I. [Specific and non-specific indication of microorganisms in environment]. RAMS Bulletin. 2002; 11:37–42.

Илларионов Б.А., Протопопова М.В. Клонирование и экспрессия генов люминесцентной системы Photobacterium leiognathi. Мол. генет., микробиол.и вирусол. 1987; 8:41–6.

Illarionov B.A., Protopopova M.V. [Cloning and gene expression of luminescent system Photobacterium leiognathi]. Mol. Genet. Mikrobiol. Virusol. 1987; 8:41–6.

Коханенко Г.П., Макогон М.М. Мобильный сканирующий флуоресцентно-аэрозольный лидар «Фаран-М1». Фотоника. 2010; 4:50–3.

Kokhanenko G.P., Makogon M.M. [Mobile scanning fluorescentaerosol lidar “Faran –M1”]. Fotonika. 2010; 4:50–3.

Малышев В.П. Состояние и перспективы развития способов и средств радиационной, химической и биологической защиты. Стратегия гражданской защиты: пробл. и исслед. 2013; 3(2):54–67.

Malyshev V.P. [The state and the prospects of the development of methods and means of radiation, chemical, and biological protection]. Strategiya Grazhdan. Zashchity: Probl. i Issledovaniya. 2013; 3(2):54–67.

Манухов И.В., Завильгельский Г.Б., Данилов В.С. Клонирование LuxAB-генов термостабильной люциферазы Photorhabdus luminescence ZM1 в Escherichia coli K12. Биотехнология. 1999; 1: 40–3.

Manukhov I.V., Zavil’gel’sky G.B., Danilov V.S. [Cloning of LuxAB genes of thermally stable luciferase Photorhabdus luminescence ZM1 in Escherichia coli K12]. Biotekhnologia. 1999; 1:40–3.

Образцов И.В., Годков М.А. Хемилюминесцентный анализ клеток крови в медицине: история, теория, практика. Мол. мед. 2013; 4:3–9.

Obraztsov I.V., Godkov M.A. [Chemiluminescent analysis of blood cells in medicine: history, theory and practice]. Mol. Meditsina. 2013; 4:3–9.

Онищенко Г.Г., Пальцев М.А., Зверев В.В., Иванов А.А., Киселев В.И., Нетесов С.В., Северин С.Е., Семенов Б.Ф., Сергиев В.П., Щелкунов С.П. Биологическая безопасность. М.: Медицина; 2006. 304 с.

Onishchenko G.G., Pal’tsev M.A., Zverev V.V., Ivanov A.A., Kiselev V.I., Netesov S.V., Severin S.E., Semenov B.F., Sergiev V.P., Shchelkunov S.P. [Biological Safety]. M.: “Meditsina”; 2006. 304 p.

Онищенко Г.Г., Сандахчиев Л.С., Нетесов С.В., Мартынюк Р.А. Биотерроризм: национальная и глобальная угроза. Вестн. РАН. 2003; 73(3):195–204.

Onishchenko G.G., Sandakhchiev L.S., Netesov S.V., Martynyuk R.A. [Bioterrorism: national and global threat]. RAS Bulletin. 2003; 73(3):195–204.

Палатов Ю.А., Антохин А.М., Втюрин С.А., Князев Н.А., Коробкин А.И., Фатеенков В.Н. Направления совершенствования методов испытаний гибридных лидарных систем дистанционного мониторинга загрязнений окружающей среды физиологически активными веществами. Совр. пробл. дистанционн. зондирования Земли из космоса. 2007; 4(1):236–43.

Palatov Yu.A., Antokhin A.M., Vtyurin S.A., Knyazev N.A., Korobkin A.I., Fateenkov V.N. [Trends in enhancement of methods for testing the hybrid lidar systems for the remote monitoring of environmental contamination with physiologically active substances]. Sovrem. Probl. Distantsionnogo Zondir. Zemli iz Kosmosa. 2007; 4(1):236–43.

Палатов Ю.А., Антохин А.М., Втюрин С.А., Казанцев В.И., Князев Н.А. Радиолокатор бокового обзора для экологического мониторинга из космоса. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010; 7(4):249–253.

Palatov Yu.A., Antokhin A.M., Vtyurin S.A., Kazantsev V.I., Knyazev N.A. [Side-looking radar for ecological monitoring from the space]. радиолокатор бокового обзора для экологического мониторинга из космоса. Sovrem. Probl. Distantsionnogo Zondir. Zemli iz Kosmosa. 2010; 7(4): 249–53.

Родичева Э.К., Кузнецов А.М., Медведева С.Е. Биолюминесцентные биотесты на основе светящихся бактерий для экологического мониторинга. Вестн. Оренбургского ГУ. 2004; 5:96–100.

Rodicheva E.K., Kuznetsov A.M., Medvedeva S.E. [Bioluminescent bio-tests on the base of luminous bacteria, utilized for for ecological monitoring]. Orenburg State University Bulletin. 2004; 5:96–100.

Суковатая И.Е. Фотобиофизика. Красноярск: ИПК СФУ; 2008; 438 c.

Sukovataya I.E. [Photobiophysics. Version 1.0 [Electronic resource]: Electronic Study Guide]. Krasnoyarsk; 2008. 438 p.

Холоимова А.С. Биологические методы экологической диагностики как эффективный способ оценки качества природной среды. Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 16. Биология. 2013; 4:33–7.

Kholoimova A. S. [Biological methods of ecological diagnostics as an effective means of natural environment quality assessment]. Moscow University Bulletin. Series 16. Biology. 2013; 4:33–7.

Якунина И.В., Попов Н.С. Методы и приборы контроля окружающей среды. Экологический мониторинг: учебное пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та; 2009. 188 с.

Yakunina I.V., Popov N.S. [Methods and Devices for Environmental Control. Ecological Monitoring: Study Guide]. Tambov; 2009. 188 p.

Blaise C., Forghani R., Legault R., Guzzo J., Dubow M.S. A bacterial toxicity assay performed with microplates, microluminometry and Microtox reagent. Biotechniques. 1994; 16(5):932–937.

Farsund Ø., Rustad G., Skogan G. Standoff detection of biological agents using laser induced fluorescence – a comparison of 294 nm and 355 nm excitation wavelengths. Biomed. Opt. Express. 2012; 3(11):2964–75. DOI: 10.1364/BOE.3.002964.

Farsund Ø., Rustad G. Skogan G. Standoff detection of biological agents using laser induced fluorescence – a comparison of 294 nm and 355 nm excitation wavelengths. Biomed. Opt. Express. 2012; 3(11):2964–75. DOI: 10.1364/BOE.3.002964.

Huffman J.A., Treutlein B., Poschl U. Fluorescent biological aerosol particle concentrations and size distributions measured with an Ultraviolet Aerodynamic Particle Sizer (UV-APS) in Central Europe. Atmos. Chem. Phys. 2010; 10(7):3215–33. DOI: 10.5194/acp-10-3215-2010.

Jamriska M., DuBois T.C., Skvortsov A. Statistical characterisation of bio-aerosol background in an urban environment. Atmospheric Environment. 2012; 54:439–48. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2012.02.049.

Jeys T.H., Herzog W.D., Hybl J.D., Czerwinski R.N., Sanchez A. Advanced trigger development. Lincoln Laboratory Journal. 2007; 17(1):29–62.

Ruzer L.S., Harley N.H., editors. Aerosols handbook: measurement, dosimetry, and health effects. 2nd ed. CRC Press; 2013. 656 p.

Saari S., Reponen P., Keskinen J. Performance of two fluorescence-based real-time bioaerosol detectors: BioScout vs. UVAPS. Aerosol Science and Technology. 2014; 48(4):371–8. DOI: 10.1080/02786826.2013.877579.

Saari S., Reponen P., Keskinen J. Performance of two fluorescencebased real-time bioaerosol detectors: BioScout vs. UVAPS. Aerosol Science and Technology. 2014; 48(4):371–8. DOI: 10.1080/02786826.2013.877579.

Sivaprakasam V., Huston A.L., Scotto C., Eversole J.D. Multiple UV wavelength excitation and fluorescence of bioaerosols. Optics Express. 2004; 12(19):4457–66. DOI: 10.1364/OPEX.12.004457.

Svabenska E. Systems for Detection and Identification of Biological Aerosols. Defence Science Journal. 2012; 62(6):404–411. DOI: 10.14429/dsj.62.1251.

Thavaselvam D., Vijayaraghavan R. Biological warfare agents. J. Pharm. Bioallied. Sci. 2010; 2(3):179–88. DOI: 10.4103/0975-7406.68499.

Trudil D., Loomis L., Pabon R., Hasan J.A.K., Trudil C.L. Rapid ATP method for the screening and identification of bacteria in food and water samples. Moscow University Chemistry Bulletin. 2000; 41(6):27–9.

Vladimirov Y.A., Sharov V.S., Driomina E.S., Reznitchenko A.V., Gashev S.B. Coumarin derivatives enhance the chemiluminescence accompanying lipid peroxidation. Free Radic. Biol. Med. 1995; 18(4):739–745.

Zhang P., Zhao Y., Liao X., Yang W., Zhu Y., Huang H. Development and calibration of a single UV LED based bioaerosol monitor. Opt. Express. 2013; 21(22):26303–10. DOI: 10.1364/OE.21.026303.

Zieseniss K., Grabert E. A novel method for determining chronic toxicity with the LUMIStox luminescent bacteria test. In: Campbell A.K., Kricka L.J., Stanley P.E., editors. Bioluminescence and chemiluminescence: fundamental and applied aspects. Chichester: Wiley; 1994. P. 76–8.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.