Неспецифическая индикация микроорганизмов в объектах окружающей среды

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.

неспецифическая индикация, патогенные биологические агенты, колориметрия, флуоресценция, хемилюминесценция, биолюминесценция, биодетекторы

1. 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.

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

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

4. 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.

5. 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.

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

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

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

9. 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.

10. 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.

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

12. 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.

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

14. 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.

15. 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.

16. 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.

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

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

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

26. 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.

27. 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.

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

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

30. 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.

31. 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.

32. 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.

33. 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.