Оценка биологических свойств воды поверхностного источника хозяйственно-питьевого назначения методом биотестирования

Введение. Формируемый природными и антропогенными процессами состав воды питьевых водоисточников может представлять опасность для здоровья из-за отсутствия необходимых сведений о физико-химических, токсических свойствах соединений и несовершенства технологий водоподготовки. Наиболее эффективным решением при оценке безопасности и пригодности воды представляется мониторинг интегральных показателей в сочетании с биотестированием и дальнейшей расшифровкой предикторов биологического ответа. Биотестирование важно при оценке экспозиции, установлении дозоответных зависимостей и токсикокинетических свойств веществ.

Цель работы – оценка качества и безопасности воды по показателям физико-химического состава с применением метода биотестирования на культуре клеток.

Материалы и методы. Проведены исследования физико-химических показателей воды поверхностного питьевого водоисточника и перед подачей в распределительную сеть (весна ‒ осень 2023 г.). Биотестирование воды выполнено на культуре кератиноцитов человека методом МТТ-теста, характеризующего жизнеспособность клеток. С помощью регрессионного анализа выбраны наиболее значимые предикторы клеточного ответа.

Результаты. Обнаружена сезонная вариабельность обобщённых показателей ионного состава воды. Выявлены превышения гигиенических нормативов Al и Fe в водоисточнике, перманганатной окисляемости в питьевой воде. Наименьшее значение уровня жизнеспособности культуры фибробластов обнаружено при воздействии воды из водоисточника весной, тогда как питьевая вода не снижала жизнеспособности клеток в течение трёх сезонов.

Ограничения исследования. Исследование не охватило зимний сезон ввиду недостаточного объёма доступной для биотестирования клеточной культуры.

Заключение. Исследованы физико-химические показатели качества, безопасности воды водоисточника и питьевой воды. С помощью моделирования установлен предиктор биологического ответа – хелатированная форма марганца. Применённый тест-объект оказался нечувствительным к показателям, превышающим ПДК.

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

Участие авторов:
Хлыстов И.А. – концепция и дизайн исследования, написание и редактирование текста, сбор данных литературы;
Карпова Е.П., Штин Т.Н. – сбор материала и обработка данных;
Бушуева Т.В. – концепция и дизайн исследования, сбор данных литературы, редактирование текста;
Харькова П.К. – сбор данных литературы, обработка данных.
Все соавторы ‒ утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех её частей.

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

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 06.05.2025 / Принята к печати: 26.06.2025 / Опубликована: 31.07.2025

1. Peets P., Wang W.C., MacLeod M., Breitholtz M., Martin J.W., Kruve A. MS2Tox machine learning tool for predicting the ecotoxicity of unidentified chemicals in water by nontarget LC-HRMS. Environ. Sci. Technol. 2022; 56(22): 15508–17. https://doi.org/10.1021/acs.est.2c02536

2. Рахманин Ю.А., Мельцер А.В., Киселев А.В., Ерастова Н.В. Гигиеническое обоснование управленческих решений с использованием интегральной оценки питьевой воды по показателям химической безвредности и эпидемиологической безопасности. Гигиена и санитария. 2017; 96(4): 302–5. https://elibrary.ru/ykuqhh

3. Мамонова И.А., Кошелева И.С., Широков А.А., Гусев Ю.С., Микеров А.Н. Использование культуры клеток человека для оценки токсичности воды (обзор литературы). Гигиена и санитария. 2023; 102(5): 509–15. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2023-102-5-509-515 https://elibrary.ru/zifbgn

4. Pamies D., Hartung T. 21st century cell culture for 21st century toxicology. Chem. Res. Toxicol. 2017; 30(1): 43–52. https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.6b00269

5. Wester R.C., Maibach H.I. Human skin binding and absorption of contaminants from ground and surface water during swimming and bathing. J. Am. Coll. Toxicol. 1989; 8(5): 853–9. https://doi.org/10.3109/10915818909018044

6. Supe S., Takudage P. Methods for evaluating penetration of drug into the skin: A review. Skin Res. Technol. 2021; 27(3): 299–308. https://doi.org/10.1111/srt.12968

7. WHO. Guidelines for drinking-water quality: Fourth edition incorporating the first and second addenda; 2022. Available at: https://who.int/publications/i/item/9789240045064

8. Богданова В.Д., Аленицкая М.В., Сахарова О.Б. Некоторые методические подходы к оценке риска здоровью, обусловленного качеством питьевой воды централизованных систем водоснабжения. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2023; 31(1): 45–52. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2023-31-1-45-52 https://elibrary.ru/pqkkdv

9. Vandenberg L.N., Rayasam S.D.G., Axelrad D.A., Bennett D.H., Brown P., Carignan C.C., et al. Addressing systemic problems with exposure assessments to protect the public’s health. Environ. Health. 2023; 21(Suppl. 1): 121. https://doi.org/10.1186/s12940-022-00917-0

10. Xu X., Yu C., Xu L., Xu J. Emerging roles of keratinocytes in nociceptive transduction and regulation. Front. Mol. Neurosci. 2022; 15: 982202. https://doi.org/10.3389/fnmol.2022.982202

11. Piipponen M., Li D., Landén N.X. The immune functions of keratinocytes in skin wound healing. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21(22): 8790. https://doi.org/10.3390/ijms21228790

12. Хлыстов И.А., Харькова П.К., Бугаева А.В., Замолоцких Т.В., Штин Т.Н., Гурвич В.Б. Определение индикативных показателей для организации мониторинга источников питьевого водоснабжения при изменении климатических условий. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2022; 30(9): 84–90. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2022-30-9-84-90 https://elibrary.ru/xlhfft

13. Харина Г.В., Алёшина Л.В. Анализ качества подземных вод Свердловской области. Гигиена и санитария. 2023; 102(3): 221–8. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2023-102-3-221-228 https://elibrary.ru/scvewt

14. Изиметова М.Ф. Гидрохимическая характеристика крупных водохранилищ Свердловской области. В кн.: Экологический сборник 7: Труды молодых ученых. Всероссийская (с международным участием) молодежная научная конференция. Тольятти; 2019: 199–201. https://doi.org/10.24411/9999-010A-2019-10047 https://elibrary.ru/zdldmt

15. Toxicological Profile for Manganese. Atlanta; 2012. Available at: https://atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp151.pdf

16. Gulcin İ., Alwasel S.H. Metal ions, metal chelators and metal chelating assay as antioxidant method. Processes. 2022; 10(1): 132. https://doi.org/10.3390/pr10010132

17. Ahamed M.I., Lichtfouse E., Altalhi T., eds. Remediation of Heavy Metals. Cham: Springer; 2021. https://doi.org/10.1007/978-3-030-80334-6

18. Bezuglova O.S., Klimenko A. Application of humic substances in agricultural industry. Agronomy. 2022; 12(3): 584. https://doi.org/10.3390/agronomy12030584

19. Kulikova N.A., Perminova I.V., Badun G.A., Chernysheva M.G., Koroleva O.V., Tsvetkova E.A. Estimation of uptake of humic substances from different sources by Escherichia coli cells under optimum and salt stress conditions by use of tritium-labeled humic materials. Appl. Environ. Microbiol. 2010; 76(18): 6223–30. https://doi.org/10.1128/AEM.00905-10

20. Pieńko T., Czarnecki J., Równicki M., Wojciechowska M., Wierzba A.J., Gryko D., et al. Vitamin B12-peptide nucleic acids use the BtuB receptor to pass through the Escherichia coli outer membrane. Biophys. J. 2021; 120(4): 725–37. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2021.01.004

21. Nikaido H. Molecular basis of bacterial outer membrane permeability revisited. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2003; 67(4): 593–656. https://doi.org/10.1128/MMBR.67.4.593-656.2003

22. Inam M.A., Khan R., Akram M., Khan S., Park D.R., Yeom I.T. Interaction of arsenic species with organic ligands: Competitive removal from water by coagulation‒flocculation‒sedimentation (C/F/S). Molecules. 2019; 24(8): 1619. https://doi.org/10.3390/molecules24081619

23. Mahmood Y.H., Al-Hilali B.M., Khalaf A.T. Concentration of residual chlorine and its health effects in the drinking water of the Kirkuk City. Kafkas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 2018; 11(1): 29–37. Available at: https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/877290

24. Amin M.M., Fatehizadeh A., Bagheri N. Rapid assessment of toxicity of chlorinated aqueous solution by dissolved oxygen depletion and optical density bioassays. Environ. Health Eng. Manag. 2020; 7(4): 271–6. https://doi.org/10.34172/EHEM.2020.32

25. Хлыстов И.А., Бушуева Т.В., Штин Т.Н., Карпова Е.П., Харькова П.К., Бугаева А.В. и др. Применение культуры фибробластов крысы для оценки токсических свойств воды. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2023; 31(9): 38–44. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2023-31-9-38-44 https://elibrary.ru/hsncra

26. Li H., Ding S., Song W., Wang X., Ding J., Lu J. The degradation of dissolved organic matter in black and odorous water by humic substance-mediated Fe(II)/Fe(III) cycle under redox fluctuation. J. Environ. Manage. 2022; 321: 115942. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115942

27. Barbusiński K. Fenton reaction – controversy concerning the chemistry. Ecol. Chem. Eng. S. 2009; 16(3): 347–58.

28. Yang Z., Shan C., Pignatello J.J., Pan B. Mn(II) acceleration of the picolinic acid-assisted Fenton reaction: New insight into the role of manganese in homogeneous Fenton AOPs. Environ. Sci. Technol. 2022; 56(10): 6621–30. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c08796