 |
"ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ" N 3, 2003 |
 |
ВЛИЯНИЕ ЭМИ КВЧ НЕТЕПЛОВОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ НА РОСТ
ДРОЖЖЕЙ SACCHAROMYCES CEREVISIAE
В.С. Гамаюрова, А.Ю. Крыницкая, М.Н. Астраханцева
E-mail: astrahantzeva@yandex.ru
Казанский Государственный Технологический Университет им. Кирова С.М.
Получена 5 февряля 2003 г.
Проведено исследование влияния КВЧ-излучения на дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Выявлен острорезонансный характер отклика культуры на электромагнитное излучение (ЭМИ). Обнаружена оптимальная частота облучения f=54,17 ГГц, при которой происходит улучшение всех показателей роста S. cerevisiae, включая концентрацию биомассы, эффективность ее образования. Кроме того, улучшились основные технологические показатели культуры.
1. ВВЕДЕНИЕ
Рядом авторов ранее отмечалась неоднозначность действия ЭМИ КВЧ на живые организмы [1-6]. Эффект воздействия зависит как от частоты и мощности излучения, так и от исходного состояния биологического объекта. Электромагнитные волны, накладываясь на собственные колебания клеток, способны вызывать положительный или отрицательный отклик.
Известны исследования, когда даже отрицательное влияние ЭМИ КВЧ может быть использовано в практических целях. Авторами [1] представлен метод стерилизации питательных сред с помощью микроволн. При определенных длинах волн наблюдается подавление деления клеток у дрожжей Rhodotorula rubra [2]. Воздействие ЭМИ с длинной волны 7,08 мм на золотистый стафилококк штамм 209 приводит к снижению его высеваемости после серии ежедневных облучений [3]. Исследователями [4,5] обсуждается возможность использования волн мм диапазона для подавления функции K-Na-насосов.
Гораздо более пристальное внимание в литературе уделяется положительному влиянию излучения мм диапазона на биологические объекты. В работе [6] отмечается возможность использования микроволн в качестве средства получения информации о процессах жизнедеятельности различных организмов. В медицинских исследованиях также отмечено положительное влияние ЭМИ КВЧ в ходе лечения различных заболеваний.
Большое внимание уделяется изучению влияния ЭМИ на микроорганизмы. В этой области представлен широкий спектр микроорганизмов. Известны данные о воздействии ЭМИ нетепловой интенсивности на дрожжи [7], бактерии [8], актиномицеты [9], цианобактерии [10]. Здесь положительный эффект действия ЭМИ выражается в стимуляции роста, ускорении процессов метаболизма, изменении биохимического состава клеток [11,12]. Однако в общем картина не отличается системностью как в отношении изучаемых диапазонов длин волн излучения, так и в отношении выбора объектов исследования.
Одним из самых интересных объектов исследования в области микробиологии являются дрожжи. Они имеют достаточно высокие скорости роста, а процессы их метаболизма уже довольно хорошо изучены. В нашей работе объектом исследования выбраны дрожжи Saccharomyces cerevisiae LK 14.Этот род дрожжей широко применяется в пищевой промышленности, в частности, в хлебопечении. Исходя из этого, улучшение технологических показателей роста данной культуры имеет огромное практическое значение.
Выбор диапазона частот обусловлен литературными данными. Известно, что существует несколько областей в миллиметровом частотном диапазоне, которые оказывают наибольшее влияние на живые объекты. Именно в этих областях наблюдается явление острого резонанса [2,3,12]. Наиболее часто положительный эффект проявляется в области 54 ГГц.
Цель настоящей работы заключается в выяснении характера влияния электромагнитных волн мм диапазона (в области 54 ГГц) на дрожжи S. cer. LK 14, а также в выявлении изменений технологических показателей исследуемой культуры в результате облучения.
В качестве объекта исследования были выбраны дрожжи Saccharomyces cerevisiae LK 14. Поддержание музейной культуры проводили путем периодического пересева на скошенную твердую питательную среду – сусло-агар на основе пивного неохмеленного сусла. Состав среды:
Неохмеленное сусло (6–7°Б)........ 1 л
Агар................................................ 2-2,5 %
Хранение музейной культуры проводили в холодильнике при температуре +4°С.
Перед началом эксперимента микробную культуру пересевали с «музейного» косяка на чашки Петри с твердой средой того же состава. Рост культуры на чашках происходил в термостате при + 32° С в течение 24 часов.
Облучение культуры проводили с участием генератора электромагнитного излучения Г4-142 соответствующего частотного диапазона с выходной мощностью 100 мВт/см2. Расстояние между рупором облучателя и объектом составляло 15 см и не изменялось в течение эксперимента. Время экспозиции так же постоянно поддерживалось во всех случаях – 5 минут. Облучение проводили в диапазоне частот от 53,77 ГГц до 54,57 ГГц с шагом 0,2 ГГц, что обеспечивало устойчивую работу прибора.
Затем облученную культуру с помощью бактериальной петли пересевали на жидкую глюкозо-аммонийную среду следующего состава (г/л):
Глюкоза ....................... 20,0
(NH4)2SO4..................... 5,0
KH2PO4......................... 0,85
K2HPO4......................... 0,15
MgSO4 * 7 H2O............ 0,5
NaCl.............................. 0,1
CaCl2 * 4 H2O............... 0,1
Раствор фосфатов и раствор других компонентов среды стерилизовали отдельно друг от друга при 0,75 ати. в течение 30 минут.
Кроме того, в состав среды входит раствор микроэлементов (г/100 мл):
ZnSO4 * 7 H2O.............. 1,25
MnSO4.......................... 1,25
FeSO4 * 7 H2O.............. 1,25
H2SO4(конц)................. 0,5 мл
Этот раствор стерилизовали на водяной бане при температуре 70°С в течение 30 минут.
Облученную культуру пересевали на жидкую питательную среду в количестве 2% от объема среды. Процесс ферментации проводили на водяных встряхивателях при температуре 32°С в течение суток.
Концентрацию биомассы определяли перед началом и по окончании процесса культивирования турбидиметрическим методом. Для определения технологических показателей культуральную жидкость подвергали центрифугированию при 3000 об/мин в течение 10 минут.
Из органолептических показателей учитывали цвет, запах, консистенцию дрожжей. Подъемную силу дрожжей определяли ускоренным методом [13]. Осмочувствительность, зимазную и мальтазную активности определяли согласно общепринятым в данной области методикам [14].
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
В настоящее время для объяснения феномена воздействия мм волн на биологические объекты в литературе используется гипотеза Голанта [15]. Автор описывает острорезонансный характер воздействия волн нетепловой интенсивности. В свете вышесказанного, возникает вопрос: сохраняется ли подобный характер воздействия на выбранной нами частоте облучения? Была проведена серия экспериментов по выявлению влияния частоты облучения на биологические объекты (дрожжи Saccharomyces cerevisiae). Все опыты проводили в трехкратных повторах.
На рис.1 представлен график изменения концентрации биомассы в зависимости от частоты облучения при постоянстве остальных параметров. На первый взгляд, данная зависимость носит слабо выраженный резонансный характер. Однако полученную кривую можно представить и как экстремальную. Экстремум полученной зависимости приходится на частоту облучения равную 54,17 ГГц. В этом случае достигнута максимальная величина прироста биомассы – 36% по отношению к контролю.
Снижение частоты относительно оптимальной приводит к ингибированию роста дрожжей. В этом случае значения концентрации биомассы не только не превышают контрольных значений, но даже существенно ниже.
При увеличении частоты выше оптимальной наблюдается явление резонанса. Однако, оно носит затухающий характер. Прирост биомассы при частоте облучения 54,57 ГГц приближается к контрольному значению.
Поскольку данная культура дрожжей имеет важное производственное значение, то представляет интерес рассмотрение влияния ЭМИ КВЧ на основные технологические показатели.
Результаты исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1. Технологические показатели дрожжей S. cerevisiae,
облученных оптимальной частотой
Технологические показатели |
Частота 54,17 ГГц |
Контроль |
|
Подъемная сила, мин. |
10,5 |
21 |
|
7 |
12 |
|
|
Осмочувствительность, мин |
7 |
7 |
|
Зимазная активность, мин |
60 |
45 |
|
Мальтазная активность, мл за 1 час |
6 |
4 |
|
5 |
3,75 |
Способность дрожжей сбраживать глюкозу и фруктозу определяется по величине подъемной силы и зимазной активности. Опыты по определению этих показателей проводились с использованием культуры, облученной ЭМИ с оптимальной частотой (54,17ГГц) и на контрольном образце, то есть на дрожжах, не подвергшихся действию ЭМИ. Подъемная сила опытных дрожжей увеличилась практически в два раза по сравнению с контролем.
Следует отметить, что подъемная сила определяет активность ферментных систем не только дрожжей, но и муки, используемой в этих анализах. Поэтому, возникла объективная необходимость в проведении экспериментов по определению ферментной активности собственно дрожжей. Для этого были проведены опыты по определению зимазной и мальтазной активностей дрожжей. Эти показатели характеризуют уровень потребления сахаров – глюкозы и мальтозы из питательной среды и характеризуют в целом деятельность ферментных систем, ответственных за утилизацию глюкозы и мальтозы.
Результаты показали, что происходит увеличение зимазной активности на 37%, а мальтазной на 35% по отношению к соответствующим показателям контрольных дрожжей.
Способность дрожжей сбраживать сахара в среде с повышенным содержанием соли определяется показателем осмочувствительности. Результаты определения опытного и контрольного образцов не различаются. Таким образом, влияния ЭМИ КВЧ на этот показатель не наблюдается.
Подводя итог проведенной работы, можно сделать следующие заключения. Нами было обнаружено, что воздействие ЭМИ КВЧ в диапазоне частот 53,77-54,57 ГГц приводит к изменению процессов метаболизма в клетках дрожжей Saccharomyces cerevisiae LK 14. В исследуемом диапазоне обнаружена оптимальная частота облучения – 54,17 ГГц. При действии этой частотой происходит улучшение показателей роста дрожжей, включая концентрацию биомассы, подъемную силу, зимазную и мальтазную активности.
Исходя из того, что исследуемая культура дрожжей S. cer. является неотъемлемым компонентом технологии хлебопечения, такое стимулирующее действие имеет большое практическое значение.
1. Эффективность стерилизации жидких сред микроволнами/ Малюкова Т.А., Филиппов А.Ф., Боровикова Т.П., Белоусов А.Д., Дятлов и.А. // Биотехнология, иммунология и биохимия особо опасных инфекций. – Саратов, 1989. – С. 49-55
2. Н.Д. Девятков. Влияние электромагнитного излучения миллиметрового диапазона длин волн на биологические объекты / Научн. сессия отд. общей физики и астрономии АН СССР 17-18 января 1973г.
3. Э.Б. Базанова, А.К. Брюхова, Р.Л. Виленская и др. Некоторые вопросы методики и результаты экспериментального исследования воздействия СВЧ на микроорганизмы и животных./ Научн. сессия отд. общей физики и астрономии АН СССР 17-18 января 1973г.
4. Действие слабого миллиметрового излучения на ионные токи трабекулы предсердия лягушки./ Хромов Р.Н., Кабринский Е.М., Филиппов А.К., Поротиков В.И. //ДАН УССР. Б. –1989.-№4. –С.77-79.
5. Подавление потенциала действия нерва миллиметровыми волнами./ Бурачас Г.// 7 Всес. семинар « Прим. КВЧ излучения низкой интенсивности в биологии и медицине», Звенигород,13-15 ноября 1989. Тез. докл. – М.,1989 – С.92. –Рус.
6. О перспективах использования электромагнитного излучения миллиметрового диапазона в качестве высокоинформативного средства получения данных о специфических процессах в живых организмах.// Письма в ЖТФ, 1986, Т. 12, вып. 5, С. 288-291.
7. О механизме синхронизации культуры дрожжевых клеток КВЧ излучением./ Голант М.Б., Кузнецов А.Г., Божанова Т.П.// Биофизика – 1994 – Т.39,№3 – С.490-495.
8. Влияние ЭМ полей на биолюминисцентную активность бактерий./ Бержанская Л.Ю., Бержанский В.И., Белопдотова О.Ю.// Биофизика – 1995 – Т.40, №5 – С. 974-977.
9. Егоров Н.С. и др. – В сб.: 4 Всес. семинар « Изучение механизмов нетепловых воздействий мм излучения на биологические объекты и БА соединения» - М.. 1981, С.13.
10. Влияние электромагнитного излучения миллиметрового диапазона низкой интенсивности на рост цианобактерий. Effect of low-intensity millimeter-wave-bond electromagnetic irradiation of the growth of cyanobacteria.// Микробиология, 1990, Т. 59, вып.2, С. 359-360.
11. Влияние ЭМП на движение микроорганизмов./ Зельниченко А.Т., Ковальчук В.С., Посудин Ю.И.// Биофизика – 1988, Т.33, №5 – С.841-844.
12. Влияние электромагнитного излучения миллиметрового диапазона на жизнедеятельность микроорганизмов./ Реброва Т.Б. // Миллиметровые волны в биологии и медицине. –1992, №1 – С.37-47.
13. Лабораторный практикум по общей технологии пищевых производств./ Виноградова А.А., Мелькина Г.М., Фомичева Л.А. и др.; Под ред. Ковальской Л.П. – М.: Агропромиздат, 1991.- 335 с.
14. Т.П. Слюсаренко Лабораторный практикум по микробиологии пищевых производств. – М.: «Легкая промышленность», 1984.
15. Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.В. ММ-волны и их роль в процессах жизнедеятельности. – М.: Радио и связь, 1991.
