Теоретическая и прикладная экология1995-43012618-840610.25750/1995-4301-2026-2-137-144OtherИнгибирующий эффект иодмоноформазана в восстановлении иоднитротетразолия хлорида суспензией бактерии Bacillus stearothermophilus в физиологическом раствореIodmonoformazan inhibits iodonitrotetrazolium chloride reduction by Bacillus stearothermophilus suspension in a saline solutionКалининаА. А.KalininaA. A.777aleksa777_89@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1551-5790СоколоваТ. Н.SokolovaT. N.https://orcid.org/0000-0002-5975-2608АфанасьеваП. С.AfanasievaP. S.https://orcid.org/0000-0002-3994-6907КувшиноваА. О.KuvshinovaA. O.https://orcid.org/0000-0001-9322-1221БалуеваТ. М.BaluevaT. M.https://orcid.org/0009-0000-7195-7094ТубакинаА. Д.TubakinaA. D.https://orcid.org/0000-0001-9219-0769Nizhny Novgorod State Technical University n. a. R. E. AlekseevNizhny NovgorodRussiaНижегородский государственный технический университет им. Р.Е. АлексееваНижний НовгородРоссия250620262137144http://envjournal.ru/ari/v2026/v2/26213.pdf

Изучена скорость восстановления иоднитротетразолия хлорида бактерией Bacillus stearothermophilus в физиологическом растворе при температуре 37 оC, оптимальной для жизнедеятельности микроорганизмов. Выявлено, что скорость реакции замедляется при достижении конверсии реагента 60-70 %. Выдвинуто предположение об ингибирующей роли в восстановлении соли тетразолия продукта реакции иодмоноформазана. На основании экспериментальных данных зависимости текущей концентрации иодмоноформазана от времени экспозиции предложена формально-кинетическая схема реакции восстановления иодмоноформазана клеточными донорами электронов. В соответствии со схемой продукт реакции взаимодействует с клеточными редокс-центрами с образованием неактивных комплексов с константами ингибирования Ki. Диаграммным методом получено интегральное кинетическое уравнение, которое согласуется с экспериментальными данными. Определено численное значение константы ингибирования продуктом, равное (1,42 ± 0,12) . 10-5 М.

Tetrazolium salts are used in monitoring the ecological state of environmental objects, especially after exposure to factors unfavorable to organisms: forest fires, oil spills, industrial and household pollution. The possibility of identifying the indicator properties of iodinitrotetrazolium chloride (INT) to assess the viability of the aerobic bacterium Bacillus stearothermophilus is shown. The dependence of the concentration of the iodomonoformazane (IMF) reduction product on the exposure time at an optimal for the vital microorganisms’ activity temperature of 37 оC was studied as a criterion for quantifying the bacterium reducing ability in relation to a tetrazolium salt. The IMF concentration was determined spectrophotometrically at 490 nm wavelength after extraction of an aliquot of the reaction mixture with ethyl acetate. It was found that the reaction rate slows down when the reagent conversion reaches 60-70 %. It has been suggested that a decrease in the regenerative capacity of bacterial cells may be due to the IMF recovery product inhibitory effect. Formazane is less polar than INT, and has a greater affinity for cellular components. This argument suggests that IMF forms inactive complexes with cellular reducing agents. The blocking of cellular redox centers by the reduction product may be the main reason for the decrease in reagent conversion over time. A formal kinetic scheme of the IMF reduction reaction by cellular electron donors is proposed based on experimental data on the dependence of the IMF current concentration on the exposure time. According to the scheme, the reaction product does not selectively interact with cellular redox centers to form inactive complexes with an inhibition constant Ki. The scheme is processed by the diagram method based on the quasi-equilibrium approximation of kinetic scheme analysis. The integral kinetic equation in Walker-Schmidt coordinates, which are widely used in enzymatic catalysis, is obtained by the diagram method. The kinetic equation obtained is consistent with the experimental data. The numerical value of the inhibition constant by the product equal to (1.42 ± 0.12) . 10-5 M was determined.

иоднитротетразолия хлоридBacillus stearothermophilusкинетическая схема ингибирования продуктом реакцииконстанта ингибированияiodonitrotetrazolium chlorideBacillus stearothermophiluskinetic scheme of inhibition by the reaction productdiagram methodinhibition constant1. Altman F.P. Tetrazolium salts and formazans // Prog. Histochem. Cytochem. 1976. V. 9. No. 3. P. 1–56. doi: 10.1016/s0079-6336(76)80015-02. Seidler E. The tetrazolium-formazan system: design and histochemistry // Prog. Histochem. Cytochem. 1992. V. 24. No. 1. P. 1–86. doi: 10.1016/S0079-6336(11)80060-43. Kuhn R., Jerchel D. Über Invertseifen, VIII. Reduktion von tetrazoliumsalzen durch bakterier, gärende hefe und keimende samen // Ber. Deutsch. Chem. Ges. 1941. V. 74. No. 6. P. 949–952. doi: 10.1002/cber.194107406154. Isa H.W.M., Johari W.L.W., Syahir A., Abd Shukor M.Y., Nor Azwady A.A., Shaharuddin N.A., Muskhazli M. Development of a bacterial-based tetrazolium dye (MTT) assay for monitoring of heavy metals // Int. J. Agric. Biol. 2014. V. 16. No. 6. P. 1123–1128. doi: 13-317/2014/16-5-1123-11285. Плакунов В.К., Мартьянов С.В., Тетенева Н.А., Журина М.В. Универсальный метод количественной характеристики роста и метаболической активности микробных биоплёнок в статических моделях // Микробиология. 2016. Т. 85. № 4. С. 484–489 doi: 10.7868/S00263656160401576. Testolin R.C., Almeida T.C.M., Polette M., Branco J.O., Fischer L.L., Niero G., Poyer-Radetski G., Silva V.C., Somensi C.A., Corrêa A.X.R., Corrêa R., Rörig L.R., Itokazu A.G., Férard J.-F., Cotelle S., Radetski C.M. Comparing different methods for fast screening of microbiological quality of beach sand aimed at rapid-response remediation // Mar. Pollut. Bull. 2017. V. 118. No. 1–2. P. 206–212. doi: 10.1016/j.marpolbul.2017.02.0697. Домрачева Л.И., Кондакова Л.В., Ашихмина Т.Я., Огородникова С.Ю., Олькова А.С., Фокина А.И. Применение тетразольно-топографического метода определения дегидрогеназной активности цианобактерий в загрязнённых средах // Теоретическая и прикладная экология. 2008. № 2. С. 23–28.8. Круглов Ю.В. Микробное сообщество почвы: физиологическое разнообразие и методы исследования (обзор) // Сельскохозяйственная биология. 2016. Т. 51. № 1. С. 46–59. doi: 10.15389/agrobiology.2016.1.46rus9. Горленко М.В., Кожевин П.А. Мультисубстратное тестирование природных микробных сообществ. M.: МАКС Пресс, 2005. 88 с.10. Виноградова Ю.А., Лаптева Е.М., Перминова Е.М., Анисимов С.С., Новаковский А.Б. Микробные сообщества подзолистых почв на вырубках среднетаёжных еловых лесов // Известия Самарского научного центра РАН. 2014. Т. 16. № 5. С. 74–80.11. Kalinina A.A., Makedoshin A.S., Radostin S.Yu., Gursky N.Yu., Sokolova T.N., Kartashov V.R. Application of chemical kinetics methods to the study of iodonitrotetrazolium chloride reduction in the presence of Bacillus subtilis cells // Moscow Univ. Chem. Bull. 2019. V. 74. No. 1. Р. 20–24. doi: 10.3103/S002713141901004812. Калинина А.А., Македошин А.С., Гурский Н.В., Соколова Т.Н., Смирнов В.Ф. Кинетическое исследование восстановления иоднитротетразолия хлорида суспензией в физиологическом растворе грамотрицательных бактерий Pseudomonas aeruginosa и Escherichia coli // Теоретическая и прикладная экология. 2018. № 1. С. 25–32. doi: 10.25750/1995-4301-2018-1-025-03213. Калинина А.А., Гурcкий Н.В., Cоколова Т.Н., Кузина О.В., Cмирнов В.Ф. Влияние видовых различий бактерий рода Bacillus и рода Pseudomonas cуcпендированных в физиологичеcком раcтворе, на cкороcть воccтановления иоднитротетразолия хлорида // Теоретическая и прикладная экология. 2022. № 1. С. 145–152. doi: 10.25750/1995-4301-2022-1-145-1521. Altman F.P. Tetrazolium salts and formazans // Prog. Histochem. Cytochem. 1976. V. 9. No. 3. P. 1–56. doi:10.1016/s0079-6336(76)80015-02. Seidler E. The tetrazolium-formazan system: design and histochemistry // Prog. Histochem. Cytochem. 1992. V. 24. No. 1. P. 1–86. doi: 10.1016/S0079-6336(11)80060-43. Kuhn R., Jerchel D. Über Invertseifen, VIII. Reduktion von tetrazoliumsalzen durch bakterier, gärende hefe und keimende samen // Ber. Deutsch. Chem. Ges. 1941. V. 74. No. 6. P. 949–952 (in German). doi: 10.1002/cber.194107406154. Isa H.W.M., Johari W.L.W., Syahir A., Abd Shukor M.Y., Nor Azwady A.A., Shaharuddin N.A., Muskhazli M. Development of a bacterial-based tetrazolium dye (MTT) assay for monitoring of heavy metals // Int. J. Agric. Biol. 2014. V.16. No. 6. P. 1123–1128. doi: 13-317/2014/16-5-1123-11285. Plakunov V.K., Mart’yanov S.V., Teteneva N.A., Zhurina M.V. A universal method for quantitative characterization of growth and metabolic activity of microbial biofilms in static models // Mikrobiologiya. 2016. V. 85. No. 4. P. 484–489 (in Russian) doi: 10.7868/S00263656160401576. Testolin R.C., Almeida T.C.M., Polette M., Branco J.O., Fischer L.L., Niero G., Poyer-Radetski G., Silva V.C., Somensi C.A., Corrêa A.X.R., Corrêa R., Rörig L.R., Itokazu A.G., Férard J.-F., Cotelle S., Radetski C.M. Comparing different methods for fast screening of microbiological quality of beach sand aimed at rapid-response remediation // Mar. Pollut. Bull. 2017. V. 118. No. 1–2. P. 206–212. doi: 10.1016/j.marpolbul.2017.02.0697. Domracheva L.I., Kondakova L.V., Ashikhmina T.Ya., Ogorodnikova S.Yu., Olkova A.S., Fokina A.I. Application of the tetrazole-topographic method in defining dehydrogenizing activity of cyanobacteria in polluted environments // Theoretical and Applied Ecology. 2008. No. 2. P. 23–28 (in Russian).8. Kruglov Yu.V. Microbial community of soil: physiological diversity patterns and assessment // Agricultural biology. 2016. V. 51. No. 1. P. 46–59 (in Russian). doi: 10.15389/agrobiology.2016.1.46rus9. Gorlenko M.V., Kozhevin P.A. Multisubstrate testing of natural microbial communities. Moskva: MAKS Press, 2005. 88 p. (in Russian).10. Vinogradova Yu.A., Lapteva E.M., Perminova E.M., Anisimov S.S., Novakovskiy A.B. Microbe communities in podzolic soils at logged spruce forest areas of the middle taiga zone // Izvestiya of Samara Scientific Center of Russian Academy of Sciences. 2014. V. 16. No. 5. P. 74–80 (in Russian).11. Kalinina A.A., Makedoshin A.S., Radostin S.Yu., Gursky N.Yu., Sokolova T.N., Kartashov V.R. Application of chemical kinetics methods to the study of iodonitrotetra-zolium chloride reduction in the presence of Bacillus subtilis cells // Moscow Univ. Chem. Bull. 2019. V. 74. No. 1. Р. 20–24. doi: 10.3103/S002713141901004812. Kalinina A.A., Makedoshin A.S., Gurskiy N.V., Sokolova T.N., Smirnov V.F. Kinetic study of the reduction of iodonitrotetrazolium chloride by suspension of gram-negative bacteria Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli in physiological solution // Theoretical and Applied Ecology. 2018. No. 1. P. 25–32 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2018-1-025-03213. Kalinina A.A., Gurckiy N.V., Cokolova T.N., Kuzina O.V., Smirnov V.F. The effect of species differences in bacteria of the genera Bacillus and Pseudomonas, suspended in saline, on the rate of recovery iodonitrotetra-zolium chloride // Theoretical and Applied Ecology. 2022. No. 1. Р. 25–32 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2022-1-145-152