В современном сельском хозяйстве активно используются гербициды — вещества для уничтожения сорняков. Например, препаратами на основе глифосата обрабатывают поля, предназначенные под посев различных культур, а также дороги, железнодорожные пути и промышленные территории, чтобы уберечь их от зарастания. С полей и дорог глифосат вместе с дождями стекает в водоемы. Однако данных о его токсичности для водных обитателей, в первую очередь рыб, недостаточно, поэтому не ясно, насколько безопасно использовать гербициды на основе глифосата.
Ученые из Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН (Борок) исследовали, как влияет глифосат и основной продукт его естественного микробного разложения в воде — (аминометил)фосфоновая кислота (АМФК) — на рыбок Danio rerio, распространенного модельного объекта у биологов. Danio rerio отличаются быстрым ростом и простыми условиями содержания, поэтому на них часто ставят физиологические эксперименты.
Ранее авторы показали, что глифосат и АМФК меняют количество белков, которые участвуют в восстановлении ДНК, контролируют гибель клеток и работу иммунной системы, а также регулируют обмен веществ в печени рыб. Так, например, глифосат угнетает синтез ферритина, основного внутриклеточного депо железа, а АМФК — кальций-связывающего белка кальмодулина, который входит в состав целого ряда ферментов.
В новой работе авторы оценили, как глифосат и АМФК влияют на концентрацию белков, участвующих в реакциях на стресс и поддержании окислительно-восстановительного баланса в клетках печени. В экспериментах использовали взрослых рыбок данио. Контрольную группу рыб поместили в чистую воду, а три экспериментальные группы рыб жили в воде, где был растворен глифосат, АМФК или их смесь. Спустя 14 дней исследователи оценили состояние печени рыб, определив состав и количество белков в этом органе.
Схема известных связей между белками печени, количество которых изменилось после воздействия глифосата и аминометилфосфоновой кислоты. Источник: Алексей Морозов
Авторы показали, что в печени рыб, находившихся в воде с тестируемыми веществами, угнетается ряд антиоксидантных ферментов и белков, защищающих от окислительного стресса — состояния, при котором усиливается выработка активных форм кислорода, приводящая к повреждению всех компонентов клеток, в том числе мембран, ДНК и белков.
Наиболее сильные изменения произошли в печени рыб, которые находились в воде со смесью гербицида и АМФК. Комбинация этих веществ подавляла работу белков нуклеотидного обмена, что говорит о нарушении работы печени.
При этом во всех исследованных случаях в клетках печени более чем в пять раз увеличилось количество стерол-27-гидролазы — цитохрома P450, участвующего в обмене холестерина и биосинтезе витамина D3. Поскольку концентрация цитохрома менялась под совместным и одиночным влиянием глифосата и АМФК, авторы допускают, что синтез этого белка, как и некоторых других цитохромов, может усиливаться в печени в ответ на поступление чужеродных веществ и поэтому может служить потенциальным биомаркером загрязнения среды обитания рыб.
«Глифосат и АМФК, особенно в смеси, нарушают нормальные обменные процессы в клетках печени, что, в свою очередь, может стать причиной увеличения энергетических затрат в организме рыбы и привести к ослаблениюзащиты от патогенов. Поэтому, чтобы точнее оценить риски использования этого пестицида, важнопроводить дальнейшие исследования, имитирующие воздействие глифосата и АМФК на молодь и на взрослую рыбу», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Алексей Морозов, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН.
