Токсикологічна оцінка кормів із різними рівнями важких металів з ви-користанням люмінесцентних мікроорганізмів Photobacterium рhosphoreum

Assessment of the toxicity of pollutants is an integral part of the quality and safety control of the animal feed. Today, when determining the toxicity of a particular substance, alternative methods are increasingly being used, which involve using cell cultures, protozoa, and photobacteria in a toxicological experiment. The bioluminescence effect of bacteria makes it possible to use them as a substitute for laboratory animals or as an additional test to determine the effect of toxicants, which significantly reduces the cost of work due to the simplicity and speed of research, high sensitivity, and reproducibility. This work aimed to conduct a toxicological assessment of feeds with different levels of heavy metals using the luminescent microorganisms Photobacterium phosphoreum. Under the study of heavy metals, corn grits, which did not possess toxic properties, were used as a “matrix.” Heavy metals were used in the form of State standard samples: Arsenic, Cadmium, Lead, Mercury, Copper, and Zinc. Before adding heavy metals to the feed, the “matrix” was previously examined for their content (background). Toxicants were added to the “matrix” in different concentrations, taking into account the “background” indicators (5 series each), which were prepared by diluting in distilled water, depending on the maximum residue limits (MRL). As a result of the work, the possibility of using luminescent microorganisms Photobacterium phosphoreum (strain IMV B-7071; Sq3) was established for rapid toxicological evaluation of feeds with different levels of heavy metals based on the decrease in the intensity of the glow. However, if for Cd, Hg, Zn, Cu under the conditions of the study of feed with the content of heavy metals at the MRL (0.4; 0.1; 25.0 and 120.0 mg/kg, respectively), the feed was characterized as “non-toxic,” then for Pb and As according to the MRL (5.0 and 0.5 mg/kg, respectively), the feed was characterized as “toxic,” which indicates the need for further studies on the toxicological characteristics of heavy metals in the body of laboratory and productive animals, possibly with a further revision (downward) of the MRL of the relevant pollutants in feed in Ukraine.Оцінка токсичності забруднюючих речовин є невід’ємною частиною контролю якості та безпеки кормів тварин. На сьогодні у разі визначення токсичності тієї чи іншої речовини все частіше звертаються до альтернативних методів, що передбачає використання в токсикологічному експерименті культур клітин, найпростіших та фотобактерій. Ефект біолюмінесценції бактерій дозволяє використовувати їх як заміну лабораторних тварин або як додатковий тест для визначення впливу токсикантів, що значно знижує вартість виконання робіт завдяки простоті та швидкості дослідження, високій чутливості та відтворюваності. Метою даної роботи стало провести токсикологічну оцінку кормів із різними рівнями важких металів з використанням люмінесцентних мікроорганізмів Photobacterium рhosphoreum. За умов дослідження важких металів як “матриці” було використано кукурудзяну крупу, що не володіла токсичними властивостями. Важкі метали використовували у формі Державних стандартних зразків, а саме: Арсен, Кадмій, Плюмбум, Меркурій, Купрум і Цинк. Перед внесенням важких металів у корм попередньо досліджували “матрицю” на їх вміст (фон). Токсиканти вносили в “матрицю” у різних концентраціях з урахуванням “фонових” показників (по 5 серій), що готували шляхом розведення в дистильованій воді, залежно від максимально допустимого рівня. В результаті виконання роботи установлено можливість використання люмінесцентних мікроорганізмів Photobacterium рhosphoreum (штам ІМВ В-7071; Sq3) для експресної токсикологічної оцінки кормів з різними рівнями важких металів, що базується на зниженні інтенсивності світіння. Проте, якщо для Cd, Hg, Zn, Cu за умов дослідження корму з вмістом важких металів на рівні МДР (0,4; 0,1; 25,0 і 120,0 мг/кг відповідно) корм характеризувався як нетоксичний, то для Pb і As за МДР (5,0 і 0,5 мг/кг відповідно) корм характеризувався як токсичний, що свідчить про необхідність подальших досліджень з вивчення токсикологічної характеристики важких металів в організмі лабораторних і продуктивних тварин, можливо з подальшим переглядом (у бік зниження) максимально допустимих рівнів відповідних забруднювачів у кормах в Україні

Гостра токсичність нанокристалів цинку карбонату на моделі білих ми-шей

Zinc-based nanoparticles (NPs) are successfully used to meet the mineral needs of animals and poultry, capable of increasing the growth rate and the efficiency of their use of feed. Nanoparticles of zinc oxide are widely used, which are superior to conventional sources of zinc in terms of pharmacological activity and bioavailability, have a positive effect on productivity and antioxidant protection, and increase reproductive potential. However, a detailed investigation of their toxicological parameters showed the risks of their introduction into the body, as a result of which a large number of zinc oxide NPs were synthesized by the methods of “green chemistry”, the main drawback of which is a complex methodology and a high level of costs. We investigated the acute toxicity of a colloidal solution of zinc carbonate nanocrystals in a model of white mice. The experiment was conducted on 42 female non-linear white mice, 3–4 months old, with a live weight of 21–23 g, kept under optimal vivarium conditions. According to the principle of analogues, 6 experimental groups were formed: mice were injected with a colloidal solution of zinc carbonate nanoparticles in doses (by absolute weight of the drug) of 15,000.0; 20000.0; 25000.0; 30000; 35000.0 and 40000.0 mg/kg of body weight based on the absolute weight of the drug, which according to the active substance (zinc carbonate nanoparticles) was (37.5; 50.0; 62.5; 75.0; 87.5 and 100, 0 mg/kg of body weight), orally using an esophageal-gastric tube. Mice of the control group were injected with distilled water in a volume of 0.2 cm3 according to the same protocol. The clinical condition of the experimental animals was observed for 14 days, noting the appearance and development of clinical signs of poisoning, the time of death or recovery to the physiological norm. After the death (diagnostic slaughter) of the animals, a pathological autopsy was performed. Clinical observations showed that a single intragastric administration of the drug to mice of experimental groups 1-6 did not cause acute poisoning. The deaths of mice in all experimental groups were not observed during the 14-day observation period, as a result of which the LD50 indicator could not be calculated. At the same time, the maximum possible injected dose of the colloidal solution of zinc carbonate nanoparticles (by absolute weight) was 40,000.0 mg/kg of body weight (100.0 mg/kg by active substance), which allows the drug to be assigned to the VI class of toxicity – substances are relatively harmless (LD50 > 15000.0 mg/kg of body weight), and according to the degree of danger up to IV class – low-hazardous substances (LD50 > 5000.0 mg/kg of body weight).Наночастинки (НЧ) на основі Цинку успішно використовуються для задоволення потреб тварин і птиці у мінеральних речовинах, здатні підвищувати швидкість росту та ефективність використання ними корму. Широко застосованими є наночастинки цинку оксиду, які переважають звичайні джерела цинку за фармакологічною активністю й біодоступністю, позитивно впливають на продуктивність і антиоксидантний захист, підвищують репродуктивний потенціал. Проте детальне з’ясування їх токсикологічних параметрів показало ризики їх введення в організм, внаслідок чого було синтезовано велику кількість НЧ оксиду цинку методами “зеленої хімії”, основним недоліком яких є складна методика та високий рівень витрат. Нами було досліджено гостру токсичність колоїдного розчину нанокристалів цинку карбонату на моделі білих мишей. Експеримент було проведено на 42 самках нелінійних білих мишей 3–4-місячного віку, живою масою 21–23 г, що утримувались за оптимальних умов віварію. За принципом аналогів було сформовано 6 дослідних груп: мишам вводили колоїдний розчин наночастинок карбонату цинку в дозах (за абсолютною масою препарату) 15000,0; 20000,0; 25000,0; 30000; 35000,0 і 40000,0 мг/кг маси тіла за абсолютною масою препарату, що за діючою речовиною (наночастинками карбонату цинку) становило (37,5; 50,0; 62,5; 75,0; 87,5 і 100,0 мг/кг маси тіла), перорально за допомогою стравохідно-шлункового зонду. Мишам контрольної групи за аналогічним регламентом вводили дистильовану воду в об’ємі 0,2 см3. За клінічним станом дослідних тварин спостерігали упродовж 14 діб, відмічаючи появу та розвиток клінічних ознак отруєння, строки загибелі або відновлення до фізіологічної норми. Після загибелі (діагностичного забою) тварин проводили патологоанатомічний розтин. Клінічні спостереження показали, що одноразове внутрішньошлункове введення препарату мишам дослідних груп 1–6 не викликало картини гострого отруєння. Загибелі мишей у всіх дослідних групах не спостерігали протягом 14-добового терміну спостереження, внаслідок чого показник LD50 розрахувати не вдалося. При цьому максимально можлива введена доза колоїдного розчину наночастинок карбонату цинку (за абсолютною масою) становила 40000,0 мг/кг маси тіла (100,0 мг/кг за діючою речовиною), що дозволяє віднести препарат до VI класу токсичності – речовини відносно нешкідливі (LD50 > 15000,0 мг/кг маси тіла), а за ступенем небезпечності до ІV класу – малонебезпечних речовин (LD50 > 5000,0 мг/кг маси тіла)

Стан метаболічних показників крові білих щурів за субхронічного перорального надходження наночастинок ортованадату гадолінію на фоні кормового стресу

The prohibition of using antibiotics with growth-stimulating properties in the European Union led to the search for new, safer, more effective, and cheaper feed additives. One of these substances was rare earth elements (REE, atomic numbers 57–71) due to their low toxicity and protective and antioxidant properties. At the same time, higher efficiency of organic forms of REE was noted. Thanks to this, it is possible to assume their even more pronounced effect in nano-sized form as feed additives and the need to conduct research in this direction. Therefore, this work aims to study the metabolic parameters of the blood in rats under long-term oral administration of nanoparticles of one of the representatives of rare earth elements – gadolinium orthovanadate (NP GdVO4:Eu3+) under food stress. Experimental samples of gadolinium orthovanadate nanoparticles activated by Europium (spindle-shaped geometry; size 8×25 nm; initial concentration 1.0 g/dm3) were used in work. Experimental studies on rats were carried out based on the vivarium of the NSC “IEKVM”. The object of research was 140 mature male Wistar rats with an initial weight of 180–200 g. Four groups of animals, 35 rats each, were formed according to the principle of analogs. During the experiment, animals of the control group received drinking water without additives; rats of the І experimental group were given a solution of NP GdVO4:Eu3+ at a dose of 0.2 mg/dm3 (≈ 0.03 mg/kg of body weight); II research group – at a dose of 1.0 mg/dm3 (≈ 0.15 mg/kg of body weight) and rats of III research group – at a dose of 2.0 mg/dm3 (≈ 0.30 mg/kg of body weight). Drinking was carried out for 56 days, then it was completed, and the rats were observed for another 14 days. A nutritionally unbalanced diet was used as a stress factor. Taking into account the results of biochemical studies, the adaptogenic effect of NP GdVO4:Eu3+ in the range of doses of 0.2–1.0 mg/dm3 of drinking water (≈ 0.03–0.15 mg/kg of body weight) on the body of white rats was established under conditions of food stress with optimal duration of action – 28–42 days. Under the conditions of administration at a dose of 2.0 mg/dm3 of drinking water (≈ 0.30 mg/kg of body weight), a hepatic(cyto-)toxic effect of nanoparticles was detected, which was accompanied by an irreversible decrease in the structural indicators of lipid metabolism, the consumption of antioxidant resources and the induction of intensity processes of lipid peroxidation against the background of alanine aminotransferase hyperenzymemia.Заборона у Європейському Союзі застосування антибіотиків з ростостимулювальними властивостями спровокувала потребу пошуку нових більш безпечних, ефективних та дешевих кормових добавок. Одними з таких речовин виявилися рідкісноземельні елементи (РЗЕ, атомні номери 57–71), завдяки низькій токсичності, протекторним та антиоксидантним властивостям. При цьому виявлено вищу ефективність органічних форм РЗЕ, що дозволяє зробити припущення про ще більш виражену їх дію у нанорозмірній формі як кормових добавок і необхідність проводити дослідження в цьому напрямі. Тому метою даної роботи стало дослідження метаболічних показників крові щурів за субхронічного переорального надходження наночастинок одного з представників рідкісноземельних елементів – ортованадату гадолінію (NP GdVO4:Eu3+) на фоні кормового стресу. У роботі використовували дослідні зразки наночастинок ортованадату гадолінію, активованих Європієм (веретеноподібна геометрія; розмір 8×25 нм; вихідна концентрація 1,0 г/дм3). Експериментальні дослідження на щурах були проведені на базі віварію ННЦ “ІЕКВМ”. Як об’єкт досліджень було використано 140 статевозрілих щурів-самців лінії Wistar з початковою масою (180–200) г. За принципом аналогів було сформовано 4 групи тварин по 35 щурів у кожній. Упродовж експерименту тварини контрольної групи отримували питну воду без добавок; щурам І дослідної групи випоювали розчин NP GdVO4:Eu3+ у дозі 0,2 мг/дм3 (≈ 0,03 мг/кг маси тіла); ІІ дослідної групи – у дозі 1,0 мг/дм3 (≈ 0,15 мг/кг маси тіла) і щурам ІІІ дослідної групи – у дозі 2,0 мг/дм3 (≈ 0,30 мг/кг маси тіла). Випоювання здійснювали протягом 56 діб, потім його завершували і спостерігали за щурами ще 14 діб. Як стресовий фактор використовували незбалансований за поживними речовинами раціон. Враховуючи результати біохімічних досліджень, за умов кормового стресу установлено адаптогенну дію NP GdVO4:Eu3+ у діапазоні доз 0,2–1,0 мг/дм3 питної води (≈ 0,03 – 0,15 мг/кг маси тіла) на організм білих щурів із оптимальним терміном дії – 28–42 доби, тимчасом як за введення у дозі 2,0 мг/дм3 питної води (≈ 0,30 мг/кг маси тіла) виявлено гепато(цито-)токсичну дію наночастинок, що супроводжується незворотним зниженням структурних показників ліпідного обміну, витрачанням антиоксидантних ресурсів та індукцією інтенсивності процесів пероксидного окиснення ліпідів на фоні гіперензимемії аланінамінотрансферази

ЕКСПРЕС-МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ ЗАГАЛЬНОЇ ТОКСИЧНОСТІ КОРМІВ З ВИКОРИСТАННЯМ БІОЛЮМІНЕСЦЕНТНИХ МІКРООРГАНІЗМІВ PHOTOBACTERIUM PHOSPHOREUM

The aim of the work was to develop an express method for determining the general toxicity of feed using bioluminescent microorganisms Photobacterium phosphoreum. The article describes the stages of development and the algorithm for the implementation of the express method. The development of an express method for biotesting feeds using photobacteria as a biosensor was to determine the possibility of Ph. рhosphoreum to provide an adequate assessment in the event of the action of toxicants, to test the preparation of feed samples for research and to establish the optimal exposure to determine the toxicity of the feed: the optimal feed weight was 10.0 g of extractant ethanol with a volume of 20.0 cm3; the method of extraction (vigorous shaking (15-20) min or extraction with periodic stirring for 24 hours, and the exposure before the study – (20-25) min. The algorithm of the express method for determining the total toxicity of feed using bioluminescent microorganisms Photobacterium phosphoreum is as follows: a sample of feed weighing 10.0 g is crushed, transferred to a glass bottle, filled with 96° ethanol with a volume of 20 cm3 (this volume can be brought up to 50 cm3, so that alcohol completely covered the sample) and extracted with vigorous shaking (15-20) min. or left for 24 hours, then centrifuged at (1.5-2.0) thous. / min 10 min, after which the supernatant liquid is taken and examined on an EMILITE-1003 A luminometer. During testing, 0.02 cm3 of extract is added to the culture liquid in a volume of 1.0 cm3, the exposure time is noted and changes in the luminescence intensity are recorded on the device through (20-25) min. Under the same conditions, 96° ethanol was added as a control. Measurements are carried out sequentially or in pairs of control-experience, or at once all replicates of control samples, and then research ones. To obtain more reliable values, we recommend examining at least 4 replicates of samples (the number of replicates can be increased to 10).Метою роботи була розробка експрес-методики визначення загальної токсичності кормів з використанням біолюмінесцентних мікроорганізмів Photobacterium phosphoreum. У статті наведено етапи розробки та алгоритм виконання експрес-методики. Розробка експрес-методу біотестування кормів з використанням фотобактерій у якості біосенсора полягала у визначенні можливості Ph. рhosphoreum надавати адекватну оцінку у разі дії токсикантів, відпрацюванні пробопідготовки кормів до дослідження та встановленні оптимальної експозиції для визначення токсичності корму: оптимальна наважка корму складала 10,0 г; екстрагент етанол об’ємом 20,0 см3; спосіб екстракції – енергійне струшування (15-20) хв або екстрагування з періодичним перемішуванням протягом 24 год, а експозиція перед дослідженням – (20-25) хв. Алгоритм експрес-методики визначення загальної токсичності кормів з використанням біолюмінесцентних мікроорганізмів Photobacterium phosphoreum полягає у наступному: наважку корму, вагою 10,0 г подрібнюють, переносять до скляного флакону заливають 96° етанолом, об’ємом 20 см3 (цей об’єм може бути доведений до 50 см3, щоб спирт повністю покрив зразок) та екстрагують при енергійному струшуванні (15-20) хв або залишають на 24 години, потім центрифугують при (1,5-2,0) тис. об./хв 10 хв, після чого відбирають надосадову рідину і досліджують на люмінометрі EMILITE – 1003 A. Під час тестування до культуральної рідини в об’ємі 1,0 см3 вносять 0,02 см3 екстракту, відмічають час експозиції та реєструють зміни інтенсивності люмінесценції на приладі через (20-25) хв. За тих же умов в якості контролю додають 96° етанол. Вимірювання проводять послідовно або парами контроль-дослід, або одразу всі повторності контрольних проб, а потім дослідних. Для отримання більш достовірних значень рекомендуємо досліджувати не менше, ніж 4 повторності проб (кількість повторностей може бути збільшена до 10)

МОНІТОРИНГ ЯКОСТІ ХАРЧОВИХ Й ІНКУБАЦІЙНИХ КУРЯЧИХ ЯЄЦЬ ЗА ПОКАЗНИКАМИ ВМІСТУ ВІТАМІНІВ ТА МІКРОЕЛЕМЕНТІВ

The aim of the work was to monitor the quality of food and hatching chicken eggs in terms of the content of vitamins and microelements. It was found that in the conditions of growing the reproductive livestock of chickens of the meat direction of productivity, there are deviations towards a deficiency in the content of vitamin B2 (the average indicator of the content of vitamin B2 for 5 years in the yolks of hatching eggs was below the norm in 94.9 % of the samples), carotenoids (in 52,3%), vitamin E (15.1 %) and Selene (9.7 %); in the conditions of growing reproductive livestock of the egg production direction – in terms of the content of carotenoids (in 63.6 %), vitamin E (in 30.8%), zinc (in 29.3 %) and selenium (40.8 %), and in industrial in egg production, the deficiency of the above substances is significantly pronounced, especially in terms of the content of zinc and selenium. The average content of carotenoids in the yolk of eggs of hens of the egg production direction was 12.28 ± 0.32 mg/kg, meat – 17.27 ± 0.35 mg/kg. The average content of vitamin A in the yolk of edible and incubation (from hens of egg and meat production) eggs was 7.10 ± 0.02 mg/kg, 7.35 ± 0.04 mg/kg, and 8.00 ± 0.03 mg/kg respectively. The average content of vitamin E in the yolk of eggs of hens of the egg direction was 353.86 ± 1.74 mg/kg, meat – 364.71 ± 1.54 mg/kg. The average content of vitamin B2 was, respectively, 4.47 ± 0.01 mg/kg, 4.60 ± 0.01 mg/kg and 4.84 ± 0.02 mg/kg for food and eggs from chickens in both directions of productivity. The average zinc level was 6.52 ± 0.07 mg/kg, 9.68 ± 0.17 mg/kg and 13.63 ± 0.19 mg/kg in eggs. The average copper level was 0.94 ± 0.01 mg/kg, 1.24 ± 0.02 mg/kg and 1.67 ± 0.04 mg/kg respectively. The average content of Selenium was, respectively 0.30 ± 0.01 mg/kg, 0.65 ± 0.01 mg/kg, and 0.76 ± 0.004 mg/kg for edible eggs and incubation eggs from poultry of egg and meat direction. The monitoring results suggest that the transfer of nutrients from feed to eggs depends not only on the availability of a sufficient amount of them in the feed, but also on the degree of assimilation and use in the metabolism of the bird's body.Метою роботи було здійснення моніторингу якості харчових й інкубаційних курячих яєць за показниками вмісту вітамінів та мікроелементів. Установлено, що за умов вирощування репродуктивного поголів’я курей м’ясного напрямку продуктивності наявні відхилення в бік нестачі за вмістом вітаміну В2 (середній показник вмісту вітаміну В2 за 5 років у жовтках інкубаційних яєць був нижче норми у 94,9 % проб), каротиноїдів (у 52,3 %), вітаміну Е (у 15,1 %) і Селену (9,7 %); за умов вирощування репродуктивного поголів’я яєчного напрямку продуктивності – за вмістом каротиноїдів (у 63,6 %), вітаміну Е (у 30,8 %), Цинку (у 29,3 %) та Селену (40,8 %), а за промислового виробництва яєць дефіцит вищевказаних речовин є значно вираженим, особливо, за вмістом Цинку та Селену. Середній вміст каротиноїдів у жовтку яєць курей яєчного напряму продуктивності становив 12,28±0,32 мг/кг, м’ясного – 17,27±0,35 мг/кг. Середній вміст вітаміну А у жовтку харчових та інкубаційних (від курей яєчного і м’ясного напрямів продуктивності) яєць складав відповідно 7,10±0,02 мг/кг, 7,35±0,04 мг/кг і 8,00±0,03 мг/кг. Середній вміст вітаміну Е у жовтку яєць курей яєчного напряму становив 353,86±1,74 мг/кг, м’ясного – 364,71±1,54 мг/кг. Середній вміст вітаміну В2 складав відповідно 4,47±0,01 мг/кг, 4,60±0,01 мг/кг і 4,84±0,02 мг/кг для харчових та яєць від курей обох напрямів продуктивності. Середній рівень Цинку складав 6,52±0,07 мг/кг, 9,68±0,17 мг/кг і 13,63±0,19 мг/кг у вмісті яєць. Середній рівень Купруму складав відповідно 0,94±0,01 мг/кг, 1,24±0,02 мг/кг і 1,67±0,04 мг/кг. Середній вміст Селену складав відповідно 0,30±0,01 мг/кг, 0,65±0,01 мг/кг і 0,76±0,004 мг/кг для харчових яєць та інкубаційних від птиці яєчного і м’ясного напряму. Результати моніторингу дозволяють припустити що, перехід поживних речовин із кормів у яйця залежить не лише від наявності достатньої кількості їх у кормі, а й від ступеню засвоєння та використання у метаболізмі організму птиці