Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание биосенсора для детекции и мониторинга стойких органических загрязнителей (полихлорированных бифенилов) в компонентах окружающей среды с использованием бактериальных клеток и микрожидкостного чипа

Докладчик: Плотникова Елена Генриховна

Должность: профессор кафедры, ведущий научный сотрудник, доцент

Цель проекта:
Антропогенное загрязнение окружающей среды является одной из наиболее актуальных проблем, стоящих перед современным обществом. В результате исследований проведенных по программам UNEP (United Nations Environmental Project) определены наиболее опасные для окружающей среды соединения, которые объединены в группу под общим названием «стойкие органические загрязнители» (СОЗ), характеризующиеся чрезвычайно высокой токсичностью, способностью накапливаться в тканях живых организмов, крайне медленно разлагаться под воздействием природных факторов. В рамках Стокгольмской конференции, проходившей под эгидой ООН в 2001 году, принята Конвенция о запрете производства и уничтожении веществ группы СОЗ (http://chm.pops.int). Россия подписала данную Конвенцию 22 мая 2002 года. К числу поллютантов, относящихся к группе СОЗ относятся полихлорированные бифенилы (ПХБ). Это синтетические соединения, содержащие 2 бензольных кольца, не имеющие общих атомов углерода, и от 1 до 10 атомов хлора в качестве заместителей. В настоящее время ПХБ обнаружены практически везде, даже в Арктических регионах, где их никогда не производили и не применяли. В России ПХБ производились в промышленных масштабах с 1939 г. по 1993 г. для использования в качестве диэлектриков в трансформаторах и конденсаторах, а также в качестве добавок в лаки, краски, покрытия, жидкие теплоносители и др. За этот период было произведено около 180 тыс. т. различных марок ПХБ. Производство ПХБ-содержащего оборудования завершено в 1997 году. Тем не менее, до сих пор остается актуальной проблема его утилизации и очистки загрязненных почв и донных осадков. Предприятия-потребители ПХБ размещались по всей территории РФ, том числе в Уральском и прилегающем к нему Поволжском регионах (гг. Оренбург, Пермь, Екатеринбург, Челябинск, Нижний Новгород, Дзержинск, Чапаевск). На территории данных регионов сосредоточено около 7 тыс. т. ПХБ (http://www.siteresources.worldbank.org). Чтобы получить адекватное представление о риске, сопряженном с воздействием токсиканта на здоровье человека и об эффективности процесса ремедиации, необходим мониторинг его биодоступной фракции. Новейшим инструментом, позволяющим решить эту задачу, является цельноклеточный биосенсор. Цель проекта: Разработка экспериментального образца биосенсора для определения полихлорированных бифенилов (ПХБ) в компонентах окружающей среды (почва, донные отложения, вода) на микрожидкостном чипе (МЖЧ) с использованием в качестве чувствительного и сигнального элемента бактериальных клеток-репортеров.

Основные планируемые результаты проекта:
Научными и научно-техническими результатами, которые будут получены при выполнении проекта являются:
1. Разработка нового методического подхода, направленного на биодетекцию токсичных органических соединений (полихлорированных бифенилов, ПХБ) в компонентах окружающей среды, и прототипа технического решения проблемы определения концентраций ПХБ в образцах почвы и воды.
2. Создание биосенсорной технологии определения ПХБ в почве, водных объектах на платформе микрожидкостного чипа и целых бактериальных клеток-биорепортеров.
3. Изготовление экспериментальных образцов микрочипов.
4. Проведение экспериментов (испытаний) по определению ПХБ в модельных и природных образцах.
5. Оформление научно-методических и нормативно-технических документов по технологии создания биосенсора.
6. Описание методики исследований загрязненных почв, донных отложений, воды, модельных соединений-стандартов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Созданный биосенсор будет использован в области мониторинга состояния окружающей среды: для исследования содержания ПХБ в почве и водных системах с целью выявления загрязнений и для наблюдения за процессом ремедиации почв.
Возможно применение разработанного биосенсора в пищевой промышленности для оценки содержания ПХБ в пищевых объектах.

Текущие результаты проекта:
1. Составлен аналитический обзор современной научно-технической и методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
2. Проведен поиск патентов, зарегистрированных в Российской Федерации, США и странах западной Европы, на изобретение и полезные модели биосенсоров.
3. Проведен анализ научно-технической литературы с позиций выбора вектора и гена-репортера для создания репортерного генного слияния и конструирования клеток E. coli с таким слиянием.
4. Проанализирована научно-техническая, методическая литература по тематике микрожидкостные технологии в медико-биологических приложениях, биосенсорная детекция на базе микрожидкостного чипа (МЖЧ). Разработан технический проект МЖЧ, создан его чертеж, согласно чертежу напечатана маска МЖЧ для дальнейшей репликации и изготовления МЖЧ по технологии мягкой литографии.
5. Проведены экспериментальные работы и разработана методика подготовки биологических образцов (клеток E. coli в агарозных «бусинах») для дальнейшей инжекции в МЖЧ.
5. Проведен скрининг и определено содержание полихлорированных бифенилов (ПХБ) методом хромато-масс-спектроскопии в 20 образцах загрязненной почвы, в 5 образцах донных отложений и 2 образцах воды.
6. Определено количество ПХБ методом хромато-масс-спектроскопии в искусственно загрязненной (модельной) почве.