medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2024-103-9-1031-1036hjwlezmedlit-4364Research ArticleПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕPREVENTIVE TOXICOLOGY AND HYGIENIC STANDARTIZATIONАнализ потенциальной генотоксичности противогололёдного материала в тесте на индукцию доминантных летальных мутаций в половых клетках самцов дрозофилыAnalysis of potential genotoxicity of deicing material in the test for induction of dominant lethal mutations in germ cells of male Drosophilahttps://orcid.org/0000-0003-4406-4287СбитневАнтон ВладиславовичSbitnevAnton V.

Науч. сотр. отд. физико-химических исследований и экотоксикологии  ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва, Россия

e-mail: ASbitnev@cspmz.ru

Researcher of the Department of the physical-chemical research and ecotoxicology, Centre for Strategic Planning of FMBA of Russia, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: ASbitnev@cspmz.ru

ASbitnev@cspmz.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5031-2916ЮрцеваНадежда АлександровнаUrtsevaNadezhda A.

Лаборант отд. профилактической токсикологии и медико-биологических исследований ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва, Россия

e-mail: NYUrceva@cspmz.ru

Laboratory assistant of the Department of preventive toxicology and medical and biological research, the Centre for Strategic Planning of FMBA of Russia, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: NYUrceva@cspmz.ru

NYUrceva@cspmz.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0866-5990НикитинаТатьяна АлександровнаNikitinaTatyana A.

Биолог отд. профилактической токсикологии и медико-биологических исследований ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва, Россия

e-mail: TNikitina@cspfmba.ru

Biologist of the Department of preventive toxicology and medical and biological research, Centre for Strategic Planning of FMBA of Russia, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: TNikitina@cspfmba.ru

TNikitina@cspfmba.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3350-5753ВодяноваМария АлександровнаVodyanovaMariya A.

Канд. биол. наук, учёный секретарь ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва, Россия

e-mail: MVodyanova@cspfmba.ru

MD, PhD, Scientific secretary of the Centre for Strategic Planning of FMBA of Russia, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: MVodyanova@cspfmba.ru

MVodyanova@cspfmba.ruФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентстваРоссияCentre for Strategic Planning of FMBA of RussiaRussian Federation202416102024103910311036Copyright © Сбитнев А.В., Юрцева Н.А., Никитина Т.А., Водянова М.А., 20242024Сбитнев А.В., Юрцева Н.А., Никитина Т.А., Водянова М.А.Sbitnev A.V., Urtseva N.A., Nikitina T.A., Vodyanova M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/4364Введение

Введение. Продолжительное использование противогололёдных материалов (ПГМ) — один из значимых факторов распространения в окружающей среде веществ, входящих в состав многокомпонентных противогололёдных смесей, поэтому расширение методических подходов к оценке их генетической безопасности является актуальной гигиенической задачей.

Материалы и методы

Материалы и методы. В работе использован ПГМ, состоящий из смеси карбамида с нитратами магния и аммония, который тестировали в виде водного раствора с добавлением в почву для получения водной вытяжки. Инструментом анализа был тест на индукцию доминантных летальных мутаций в половых клетках самцов Drosophila melanogaster.

Результаты

Результаты. Все тестированные образцы существенно снижали фертильность самцов дрозофилы. Частота ранних доминантных летальных мутаций (РЭЛ) значимо превышала уровни соответствующих контролей, причём эффекты почвенной вытяжки проявились при минимальной концентрации (5 г/л), а раствора ПГМ — при концентрации 10 г/л. Динамика частот поздних доминантных летальных мутаций (ПЭЛ) свидетельствует о гибели сперматозоидов или снижении потенции к спариванию.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. В контексте данного исследования метод индукции доминантных летальных мутаций у Drosophila melanogaster и оценка генотоксических эффектов ПГМ в половых клетках самцов мух ограничений не имеют.

Заключение

Заключение. Проведённое исследование является пока единственным в области оценки генетической безопасности многокомпонентных ПГМ с использованием теста на индукцию доминантных летальных мутаций в половых клетках Drosophila melanogaster.

Результаты демонстрируют высокую информативность методического подхода, основанного на анализе водной вытяжки для выявления и оценки генотоксичности ПГМ при его попадании в почву, которая может стать транзитной средой для миграции компонентов ПГМ, а также продуктов их трансформации в грунтовые воды.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов

Участие авторов: Сбитнев А.В. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, написание текста; Юрцева Н.А. — экспериментальная часть исследования, сбор данных; Никитина Т.А. — экспериментальная часть исследования, сбор данных; Водянова М.А. — идея работы, обсуждение и редактирование текста. Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Работа подготовлена в рамках научно-практического проекта в сфере гигиены окружающей среды ФГБУ ЦСП ФМБА России (Рег. № НИОКТР АААА-А20-120101690057-8).

Поступила

Поступила: 23.05.2024 / Поступила после доработки: 17.06.2024 / Принята к печати: 19.06.2024 / Опубликована: 16.10.2024

Introduction

Introduction. Long-term use of deicing materials (DM) is one of the significant factors causing the active distribution of various chemical compounds that are part of multicomponent deicing mixtures in the environment. In this regard, the expansion of methodological approaches to assessing their biological hazard remains important.

Materials and methods

Materials and methods. The DM used for research based on a mixture of urea with magnesium and ammonium nitrates. The DM was tested in the form of an aqueous solution and added to the soil to obtain an aqueous extract. The analysis includes test for induced dominant lethal mutations in Drosophila male germ cells.

Results

Results. All samples tested significantly reduced the fertility of Drosophila males. The frequencies of early dominant lethal mutations (EDLM) significantly exceeded the levels of the controls, and the effects of the soil extract appeared at the lowest concentration — 5 g/L and of the DM solution — 10 g/L. The trend in the rate of late dominant lethal mutations (LDLM) indicates to the death of sperm or a decrease in mating potency.

Limitations

Limitations. The method of inducing dominant lethal mutations in Drosophila melanogaster and the genotoxic effects assessment of DM in the germ cells of male flies within the study has no restrictions.

Conclusion

Conclusion. The conducted test is so far the only one in the field of research into the genetic safety of multicomponent DMs using a method for induced dominant lethal mutations in Drosophila male germ cells. The results prove the high informative rate of the methodological approach which involves analyzing soil extracts to identify and assess a genotoxicity of DM component composition when it enters the soil which can become as a transit layer for migration of DM components and their products transformation into groundwater.

Compliance with ethical standards. The study requires no the submission of a biomedical ethics committee opinion or other documents.

Contribution

Contribution: Sbitnev A.V. — concept and design of the study, collecting and processing material, writing text; Yurtceva N.A. — the experimental part of the study, data collection; Nikitina T.A. — execution of the experimental part of the study, data collection; Vodyanova M.A. — idea of the study, discussion and editing of the text. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgment

Acknowledgment. The work was completed within the framework of a scientific and practical project in the field of environmental hygiene of the Centre for Strategic Planning of FMBA of Russia, (Reg. No. NIOKTR AAAA-A20-120101690057-8).

Received

Received: May 23, 2024 / Revised: June 17, 2024 / Accepted: June 19, 2024 / Published: October 16, 2024

водный раствор ПГМпочвенная вытяжкакомпоненты ПГМранние доминантные летальные мутациипоздние доминантные летальные мутацииDrosophila melanogasterгенотоксический эффектгонадотропная активность ПГМDM solutionsoil extractDM compoundsearly dominant lethal mutationslate dominant lethal mutationsDrosophila melanogastergenotoxicity effectgonadotropic activity of DMReferencesНаместникова О.В., Бузаева М.В. Мониторинг засоления почв в системе обеспечения экологической безопасности крупного города. Современные проблемы гражданской защиты. 2019; (1): 44–52. https://elibrary.ru/zcuhhfNamestnikova O.V., Buzaeva M.V. Monitoring of soil salinity in the system of ecological safety of a large city. Sovremennye problemy grazhdanskoi zashchity. 2019; (1): 44–52. https://elibrary.ru/zcuhhf (in Russian)Дергунов С.А., Золотцев О.А. Фрикционные противогололедные материалы: какие из них предпочтительней использовать. В кн.: Фундаментальные и прикладные проблемы эффективности научных исследований и пути их решения. Материалы Международной научно-практической конференции. Самара; 2021: 91–3. https://elibrary.ru/ncgfimDergunov S.A., Zolottsev O.A. Friction deicing materials: which ones are preferable to use. In: Fundamental and Applied Problems of the Effectiveness of Scientific Research and Ways to Solve them. Materials of the International Scientific and Practical Conference [Fundamental’nye i prikladnye problemy effektivnosti nauchnykh issledovanii i puti ikh resheniya. Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii]. Samara; 2021: 91–3. https://elibrary.ru/ncgfim (in Russian)Новикова Д.Н., Евстигнеева Н.А. Применение противогололедных материалов на урбанизированных территориях: негативные аспекты. В кн.: Охрана биоразнообразия и экологические проблемы природопользования. Сборник статей III Всероссийской (национальной) научно-практической конференции. Пенза; 2022: 114–7. https://elibrary.ru/rbwpzfNovikova D.N., Evstigneeva N.A. The application of deicing materials in urbanized territories: negative aspects. In: Protection of Biodiversity and Environmental Problems of Nature Management. Collection of Articles of the III All-Russian (National) Scientific and Practical Conference [Okhrana bioraznoobraziya i ekologicheskie problemy prirodopol’zovaniya. Sbornik statei III Vserossiiskoi (natsional’noi) nauchno-prakticheskoi konferentsii]. Penza; 2022: 114–7. https://elibrary.ru/rbwpzf (in Russian)Юрцева Н.А., Никитина Т.А., Ингель Ф.И., Крятов И.А., Сбитнев А.В. Изучение генотоксических свойств противогололёдных материалов. В кн.: Современные проблемы оценки, прогноза и управления экологическими рисками здоровью населения и окружающей среды, пути их рационального решения. Материалы III Международного форума Научного совета Российской Федерации по экологии человека и гигиене окружающей среды. М.; 2018: 454–6. https://elibrary.ru/yzicotYurtseva N.A., Nikitina T.A., Ingel F.I., Kryatov I.A., Sbitnev A.V. Study of genotoxic properties of deicing materials. In: Modern Problems of Assessment, Forecast and Management of Environmental Risks to Public Health and the Environment, Ways of Their Rational Solution. Materials of the III International Forum of the Scientific Council of the Russian Federation on Human Ecology and Environmental Health [Sovremennye problemy otsenki, prognoza i upravleniya ekologicheskimi riskami zdorov’yu naseleniya i okruzhayushchei sredy, puti ikh ratsional’nogo resheniya. Materialy III Mezhdunarodnogo foruma Nauchnogo soveta Rossiiskoi Federatsii po ekologii cheloveka i gigiene okruzhayushchei sredy]. Moscow; 2018: 454–6. https://elibrary.ru/yzicot (in Russian)Малышева А.Г., Шелепова О.В., Водянова М.А., Донерьян Л.Г., Ушакова О.В., Юдин С.М. Эколого-гигиенические проблемы применения противогололедных реагентов в условиях крупного мегаполиса (на примере территории города Москвы). Гигиена и санитария. 2018; 97(11): 1032–7. https://elibrary.ru/ypxhudMalysheva A.G., Shelepova O.V., Vodyanova M.A., Doner’yan L.G., Ushakova O.V., Yudin S.M. Ecological and hygienic problems of the application of anti-icing agents in a large metropolis (for example, the territory of Moscow). Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2018; 97(11): 1032–7. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-11-1032-37 https://elibrary.ru/ypxhud (in Russian)Кошелева Н.Е., Дорохова М.Ф., Кузьминская Н.Ю., Рыжов А.В., Касимов Н.С. Влияние автотранспорта на экологическое состояние почв в Западном административном округе Москвы. Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2018; (2): 16–27. https://elibrary.ru/yuudgrKosheleva N.E., Dorokhova M.F., Kuz’minskaya N.Yu., Ryzhov A.V., Kasimov N.S. Impact of motor vehicles on the ecological state of soils in the western district of Moscow. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5: Geografiya. 2018; (2): 16–27. https://elibrary.ru/yuudgr (in Russian)Никифорова Е.М., Кошелева Н.Е., Хайбрахманов Т.С. Экологические последствия применения противогололедных реагентов для почв Восточного округа Москвы. Вестник Московского университета. 2016; (3): 40–9. https://elibrary.ru/xhfhwfNikiforova E.M., Kosheleva N.E., Khaibrakhmanov T.S. Ecological impact of antiglaze treatment on soils of the eastern district of Moscow. Vestnik Moskovskogo universiteta. 2016; (3): 40–9. https://elibrary.ru/xhfhwf (in Russian)Нефедова Л.Н. Drosophila melanogaster как модель генетики развития: современные подходы и перспективы. Онтогенез. 2020; 51(4): 243–53. https://doi.org/10.31857/S0475145020040059 https://elibrary.ru/lershcNefedova L.N. Drosophila melanogaster as a model of development genetics:modern approaches and prospects. Ontogenez. 2020; 51(4): 243–53. https://doi.org/10.31857/S0475145020040059 https://elibrary.ru/lershc (in Russian)Бучельников В.С. Использование Drosophila Melanogaster в качестве тест-объекта. В кн.: Проблемы геологии и освоения недр. Труды XIX Международного симпозиума имени академика МА Усова студентов и молодых ученых, посвященного 70-летнему юбилею Победы советского народа над фашистской Германией. Томск; 2015: 584–5. https://elibrary.ru/yoshhaBuchel’nikov V.S. Using Drosophila Melanogaster as a test object. In: Problems of Geology and Subsoil Development. Proceedings of the XIX International Symposium Named after Academician M. A. Usov of Students and Young Scientists Dedicated to the 70th Anniversary of the Victory of the Soviet People over Nazi Germany [Problemy geologii i osvoeniya nedr. Trudy XIX Mezhdunarodnogo simpoziuma imeni akademika MA Usova studentov i molodykh uchenykh, posvyashchennogo 70-letnemu yubileyu Pobedy sovetskogo naroda nad fashistskoi Germaniei]. Tomsk; 2015: 584–85. https://elibrary.ru/yoshha (in Russian)Юрченко Н.Н., Иванников А.В., Захаров И.К. История открытий на дрозофиле – этапы развития генетики. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015; 19(1): 39–49. https://elibrary.ru/twqxptYurchenko N.N., Ivannikov A.V., Zakharov I.K. The history of drosophila studies: steps in the development of genetics. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii. 2015; 19(1): 39–49. https://elibrary.ru/twqxpt (in Russian)Зацепина О.В. Оценка генетической безопасности питьевых вод, полученных неконтактной электрохимической активацией: Автореф. дисс. … канд. биол. наук. М.; 2015. https://elibrary.ru/vcbyerZatsepina O.V. Assessment of genetic safety of drinking water obtained noncontact electrochemical activation: Diss. Moscow; 2015: 94–8. https://elibrary.ru/vcbyer (in Russian)Гуськов А.С. Комплексная гигиеническая оценка ионизации воздушной среды закрытых помещений: Автореф. дисс. … канд. мед. наук. М.; 2005. https://elibrary.ru/npyjkdGuskov A.S. Comprehensive hygienic assessment of the ionization of the air environment of closed premises: Diss. Moscow; 2005: 40–3. https://elibrary.ru/npyjkd (in Russian)Легостаева Т.Б. Нестабильность генома как критерий выбора генотоксикантов, приоритетных для гигиенической регламентации в атмосферном воздухе: Автореф. дисс. … канд. биол. наук. М.; 2010. https://elibrary.ru/qgxrkrLegostaeva T.B. The instability of the genome as a selection criterion genotoxicants, priority hygienic in the air: Diss. Moscow; 2010: 34–6. https://elibrary.ru/qgxrkr (in Russian)Водянова М.А. Эколого-гигиеническая оценка способов биоремедиации нефтезагрязненных почв селитебных территорий: Автореф. дисс. … канд. биол. наук. М.; 2013. https://elibrary.ru/zowgglVodyanova M.A. Ecological and hygienic assessment of bioremediation methods oil-contaminated soils of residential areas: Diss. Moscow; 2013. https://elibrary.ru/zowggl (in Russian)Popis M., Borowiec B., Jankowski M. Drosophila melanogaster research: history, breakthrough and perspectives. Med. J. Cell Biol. 2018; 6(4): 182–5. http://doi.org/10.2478/acb-2018-0028Popis M., Borowiec B., Jankowski M. Drosophila melanogaster research: history, breakthrough and perspectives. Med. J. Cell Biol. 2018; 6(4): 182–5. http://doi.org/10.2478/acb-2018-0028O’Kane C.J. Modelling human diseases in Drosophila and Caenorhabditis. Semin. Cell Dev. Biol. 2003; 14(1): 3–10. https://doi.org/10.1016/s1084-9521(02)00162-3O’Kane C.J. Modelling human diseases in Drosophila and Caenorhabditis. Semin. Cell Dev. Biol. 2003; 14(1): 3–10. https://doi.org/10.1016/s1084-9521(02)00162-3Ecovoiu A.A., Ratiu A.C., Micheu M.M., Chifiriuc M.C. Inter-species rescue of mutant phenotype-the standard for genetic analysis of human genetic disorders in Drosophila melanogaster model. Int. J. Mol. Sci. 2022; 23(5): 2613. https://doi.org/10.3390/ijms23052613Ecovoiu A.A., Ratiu A.C., Micheu M.M., Chifiriuc M.C. Inter-species rescue of mutant phenotype-the standard for genetic analysis of human genetic disorders in Drosophila melanogaster model. Int. J. Mol. Sci. 2022; 23(5): 2613. https://doi.org/10.3390/ijms23052613Katanaev V.L. Humanization for neurological disease modeling: A roadmap to increase the potential of Drosophila model systems. Animal Model Exp. Med. 2023; 6(3): 230–6. https://doi.org/10.1002/ame2.12322Katanaev V.L. Humanization for neurological disease modeling: A roadmap to increase the potential of Drosophila model systems. Animal Model Exp. Med. 2023; 6(3): 230–6. https://doi.org/10.1002/ame2.12322Bonini N.M. A perspective on Drosophila genetics and its insight into human neurodegenerative disease. Front. Mol. Biosci. 2022; 9: 1060796. https://doi.org/10.3389/fmolb.2022.1060796Bonini N.M. A perspective on Drosophila genetics and its insight into human neurodegenerative disease. Front. Mol. Biosci. 2022; 9: 1060796. https://doi.org/10.3389/fmolb.2022.1060796Akhmadullina Y.R., Styazhkina E.V., Gainetdinova Y.V., Petrova A.V. Mutation effect of ionizing and non-ionizing electromagnetic radiation on Drosophila melanogaster. Bull. Exp. Biol. Med. 2023; 174(5): 670–3. https://doi.org/10.1007/s10517-023-05766-6Akhmadullina Y.R., Styazhkina E.V., Gainetdinova Y.V., Petrova A.V. Mutation effect of ionizing and non-ionizing electromagnetic radiation on Drosophila melanogaster. Bull. Exp. Biol. Med. 2023; 174(5): 670–3. https://doi.org/10.1007/s10517-023-05766-6Тарасова К.А., Батлуцкая И.В. Изменение частоты доминантных мутаций у дрозофилы под воздействием некоторых продуктов биохимического производства. Вестник Омского университета. 2013; (4): 187–90. https://elibrary.ru/satzglTarasova K.A., Batlutskaya I.V. Changing of the frequency of dominant mutations of drosophila under the influence of biochemical production of some products. Vestnik Omskogo universiteta. 2013; (4): 187–90. https://elibrary.ru/satzgl (in Russian)Clark J.M. Mutagenicity of DDT in mice, Drosophila melanogaster and Neurospora crassa. Aust. J. Biol. Sci. 1974; 27(4): 427–40. https://doi.org/10.1071/bi9740427Clark J.M. Mutagenicity of DDT in mice, Drosophila melanogaster and Neurospora crassa. Aust. J. Biol. Sci. 1974; 27(4): 427–40. https://doi.org/10.1071/bi9740427Казакова Е.И., Кудрявцева А.А., Ковалева М.И. Исследование генотоксической активности природной и питьевой воды г. Ярославля. В кн.: Экология и рациональное природопользование. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Ярославль; 2017: 95–8. https://elibrary.ru/zicxnxKazakova E.I., Kudryavtseva A.A., Kovaleva M.I. Study of genotoxic activity of natural and drinking water in Yaroslavl. In: Ecology and Rational Use of Natural Resources. Materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference [Ekologiya i ratsional’noe prirodopol’zovanie. Materialy Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii]. Yaroslavl’; 2017: 95–8. https://elibrary.ru/zicxnx (in Russian)Nikitina T.A., Yurtseva N.A., Smirnova M.V., Ingiri A.A., Sandimirov S.S., Elizarova I.R., et al. Snow samples from settlements of the Murmansk region-genotoxic effects in Drosophila germ cells. Pure Appl. Chem. 2021; 94(3): 257–60. https://doi.org/10.1515/pac-2021-0305 https://elibrary.ru/uveasyNikitina T.A., Yurtseva N.A., Smirnova M.V., Ingiri A.A., Sandimirov S.S., Elizarova I.R., et al. Snow samples from settlements of the Murmansk region-genotoxic effects in Drosophila germ cells. Pure Appl. Chem. 2021; 94(3): 257–60. https://doi.org/10.1515/pac-2021-0305 https://elibrary.ru/uveasyCелезнева Е.С., Cклюев В.В. Способность Drosophila melanogaster адаптироваться к генотоксическому действию некоторых производных бензотриазола. Вестник Самарского Государственного Университета. Естественнонаучная серия. 2006; (7): 2007–9. https://elibrary.ru/huxxehSelezneva E.S., Sklyuev V.V. The ability of Drosophila melanogaster to adapt to the genotoxic effects of certain benzotriazole derivatives. Vestnik Samarskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Estestvennonauchnaya seriya. 2006; (7): 2007–9. https://elibrary.ru/huxxeh (in Russian)Иванов Ю.Н. Определение количества спонтанных доминантных летальных мутаций в геноме Drosophila melanogaster. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2011; 15(3): 595–9. https://elibrary.ru/ojnlkrIvanov Yu.N. Estimation of the number of spontaneous dominant lethal mutations in the genome of drosophila melanogaster. Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii. 2011; 15(3): 595–9. https://elibrary.ru/ojnlkr (in Russian)

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