БИОФИЗИКА, 2020, том 65, № 4, с. 656-663

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА

УДК 577.3

ЭФФЕКТЫ НИЗКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

НА АКТИВНОСТЬ РЕКОМБИНАНТНОЙ ЛЮЦИФЕРАЗЫ

Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И. Скрябина,

109472, Москва, ул. Скрябина, 23

E-mail: kompsotita@gmail.com

Поступила в редакцию 29.11.2019 г.

После доработки 04.04.2020 г.

Принята к публикации 07.04.2020 г.

Проведены исследования действия электрического поля на активность рекомбинантной люцифе-

разы в системе «люцифераза-люциферин-АТФ-Mg²⁺». Ферментативную активность определяли

по уровню биохемилюминесценции на стандартном хемилюминометре. Выявлены эффективные

частоты, вызывающие необратимые изменения активности фермента. Критерием уровня активно-

сти люциферазы служили интенсивность хемилюминесценции (I_хл) после ее выхода на стационар-

ный уровень свечения и величина постоянной времени кривой затухания после окончания стацио-

нарного свечения в связи с расходом АТФ. При действии поля с частотой 6 Гц величина I0 резко

возрастала по сравнению с контролем от (250 ± 47) имп/с до (1250 ± 75) имп/с. При этом длитель-

ность стационарного свечения сократилась приблизительно в пять раз (от 30 до 5.5 мин). Затухание

свечения τ также значительно ускорилось (в девять раз относительно контроля). При исследовании

влияния остальных экспериментально отобранных частот был обнаружен противоположный эф-

фект. Так, на частотах 12, 48 и 96 Гц активность люциферазы по сравнению с контролем была по-

давлена от двух (48 и 96 Гц) до четырех (12 Гц) раз. При действии поля с частотой 24 Гц активность

люциферазы не отличалась от контроля.

Ключевые слова: фермент, активность, люцифераза, электромагнитное поле.

DOI: 10.31857/S0006302920040043

В основе биолюминесценции - свечения жи-

PP - пирофосфат, AMФ - аденозинмонофос-

вых организмов - лежит катализируемая хеми-

форная кислота, P* - продукт реакции, образо-

люминесцентная реакция, обусловленная окис-

вавшийся в элетронно-возбужденном состоянии

лением субстрата люциферина в присутствии

и служащий источником люминесценции.

фермента люциферазы [1-3]. При этом люминес-

Кинетической особенностью данной реакции

центные методы лабораторного анализа с ис-

является жесткое соответствие уровня биохеми-

пользованием современных высокочувствитель-

люминесценции, сопровождающей окисление

ных физических детекторов люминесценции об-

субстратов (люциферина и MgATФ), скорости

ладают явными преимуществами по сравнению с

реакции (скорости образования продукта) (фор-

визуальными люминесцентными и флуоромет-

мула 1):

рическими методами. В обзоре И.В. Березина с

соавт. [4] достаточно подробно описаны физико-

химические особенности данной системы. Там

dN d[EP]

(1)

хл

же приводятся наиболее общепринятые пред-

ставления о механизме реакции, который удобно

описывать в две стадии:

где Iхл - интенсивность биохемилюминесцен-

Mg²⁺

ции; N - количество квантов света; ЕР - количе-

1) Е + LH₂+ ATP → E^•LH₂-AMФ + PP

ство образовавшегося продукта.

-CO₂

Квантовый выход люминесценции продукта

равен единице. Реакция суммарно подчиняется

2) E^•LH₂-AMP + O₂ → [P*-E^•AMФ] → hν

уравнению Михаэлиса-Ментен. Поэтому до тех

где: Е - люцифераза (фермент), LH₂ - люцифе-

пор, пока фермент насыщен по обоим субстра-

рин, ATФ - аденозинтрифосфосная кислота, там, уровень свечения имеет стационарный ха-

656

ЭФФЕКТЫ НИЗКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

657

рактер. Дефицит какого-либо из субстратов при-

водит к быстрому затуханию свечения.

Следует отметить, что сегодня также успешно

развиваются работы в направлении исследования

воздействия колебаний акустической природы на

различные биологические объекты. Хотя одно-

значной теории формирования частотно-зависи-

мых ответов на акустическое воздействие все еще

не выработано, показаны существенные отличия

на уровне ткани в биологических эффектах не-

прерывных и модулированных волн различной

физической природы [5-7]. При этом вызывае-

мые изменения при воздействии модулирован-

ных волн выше, а степень и выраженность в боль-

шой степени зависят от частоты модуляций. Так-

же было показано, что модулированное

Рис. 1. Фрагмент схемы модифицированного хеми-

электромагнитное или ультразвуковое воздей-

люминометра: 1 - низкочастотный генератор, 2 -

ствие на некоторых частотах модуляции могут

конденсаторные платины (металлические обкладки)

вызывать изменение ферментативной активно-

кюветы люминометра, 3 — механическая мешалка

(тефлон), 4 — кювета люминометра с реакционной

сти как в сторону активирования, так и ингиби-

средой, 5 — фотокатод ФЭУ, 6 — ФЭУ.

рования [8, 9]. В исследованиях на мозге золотых

рыбок выявлены эффективные частоты модуля-

ции, активирующие и подавляющие активность

рительно разводили в 2 мл «раствора для рекон-

нейронов [10] после действия амплитудно-моду-

струкции АТФ-реагента» (также из набора

лированных ультразвуковых волн терапевтиче-

«ЛЮМТЕК» № К-10). Реконструированный рас-

ского диапазона интенсивностей. При работе с

твор АТФ-реагента инкубировали в течение часа;

непрерывным ультразвуком нами на модельном

для измерений использовали стандартные разве-

объекте

- клетках бактериальной культуры

дения - к 2 мл воды для инъекций добавляли

Aliivibrio fischeri - были найдены оптимальный ре-

0.05 мл реконструированного АТФ-реагента, в

жим и закономерности химико-биологического и

результате чего рабочий раствор АТФ-реагента

физического воздействия при использовании по

содержал рекомбинантную люциферазу и люци-

отдельности и комбинированно для стимуляции

ферин в избытке [13].

пролиферации и эмиссионной активности светя-

Активность рекомбинантной люциферазы опре-

щихся бактерий [11, 12]. Увеличение интенсивно-

деляли по уровню биохемилюминесценции

сти фотоэмиссии после воздействия ультразвука

на стандартном хемилюминометре ХЛ-003

интенсивностью 0.4 Вт/см²составила 35-45% по

((УГАТУ, Уфа, Россия)). Регистрация сигнала

сравнению с контролем.

происходила в режиме подключения хемилюми-

нометра к компьютеру; в качестве программного

обеспечения служила универсальная программа

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

«PowerGraph». Критерием уровня активности

Работа выполнена на кафедрах биофизики и

люциферазы служили: интенсивность хемилю-

физики Московской государственной академии

минесценции (I_хл), после ее «выхода» на стацио-

ветеринарной медицины и биотехнологии имени

нарный уровень свечения и величина постоянной

К.И. Скрябина. В связи с тем, что лабораторный

времени кривой затухания после окончания ста-

стенд и часть биофизических методов разработа-

ционарного свечения в связи с расходом АТФ.

ны непосредственно авторским коллективом, ни-

Кюветное отделение хемилюминометра было

же будет полностью представлено описание мето-

дополнительно оборудовано гнездом-вкладышем

дов, использованных в данной работе.

квадратного сечения (2 × 2 см). В одну пару про-

При исследовании действия электрических

тивоположных сторон вкладыша были встроены

полей на активность люциферазы применяли си-

металлические пластины, к которым подводи-

стему

«люцифераза-люциферин-АТФ-Mg²⁺»,

лось переменное напряжение от специального

для чего использовали биолюминесцентный реа-

низкочастотного генератора лабораторного изго-

гент из стандартного набора «ЛЮМТЕК» № К-10

товления (рис. 1).

(на основе люциферазы, выделенной из рекомби-

Генератор обеспечивал сигнал, по форме

нантных клеток E. coli, содержащих плазмиду с

близкий к симметричным прямоугольным бипо-

геном люциферазы светлячков).

лярным импульсам (меандр, скважность близка к

Концентрации реагентов. Содержимое флакона

единице), с частотой следования в диапазоне от 6

лиофильно высушенного АТФ-реагента предва-

до 100 Гц. Максимум амплитудного значения -

БИОФИЗИКА том 65

№ 4

2020

658

ОЛЕШКЕВИЧ и др.

(а)

(б)

1600

1400

1200

1000

800

600

400

+ АТФ

400

200

100

150

200

250

300

350

400

450

Время, с

(в)

(г)

Рис. 2. (а) - Динамика хемилюминесценции «системы люциферин-люцифераза» (зависимость интенсивности лю-

минесценции от времени от момента внесения АТФ в систему - регистрация в реальном времени). Выход на стацио-

нарный уровень хемилюминесценции. (б) - Динамика хемилюминесценции системы «люциферин-люцифераза».

(в) - «Измерительный конденсатор»: 1 - стеклянная пластина-подложка; 2 - металлические пластины-обкладки

конденсатора; 3 - полистироловая кювета с измеряемой средой; 4 - стеклянные ограничители; 5 - клеммы для под-

ключения. (г) - Электрическая схема измерения заряда конденсатора: 1 - аккумулятор; 2 - кнопка-замыкатель («нор-

мально разомкнута») цепи; 3 - «измерительный конденсатор»; 4 - потенциометр.

100 В. Исследование активности фотоэмиссии

одну и ту же начальную концентрацию АТФ -

проводили на частотах 6, 12, 24, 48 и 96 Гц, кото-

5 ⋅ 10^-7 М.

рые были экспериментально установлены авто-

В качестве критериев активности люциферазы

рами в серии предварительно проведенных испы-

использовали интенсивность хемилюминесцен-

таний на биологических объектах разной приро-

ции (I_хл) после выхода на стационарный уровень

ды. Расстройка по частоте составляла около

±2 Гц. Электрическое поле подавали на кювету в

свечения и величину постоянной времени кри-

течение всего времени измерения. Контролем

вой затухания после окончания стационарного

служили аналогичные измерения без подачи на-

свечения в связи с расходом АТФ (рис. 2б, форму-

ла 2):

пряжения от генератора на конденсаторные пла-

стины кюветы.

I_ст = I₀ exp(-t/τ)

(2)

Исходно в кювете люминометра реакционная

среда содержала люциферазу и в избытке люци-

где I₀ - стационарный уровень свечения; t - вре-

ферин. Далее шла регистрация фонового значе-

мя от начала затухания; τ - постоянная времени

ния хемилюминесценции. Затем реакцию иници-

экспоненты затухания свечения (увеличению τ

ировали введением в кювету через штуцер раство-

соответствует рост скорости расхода АТФ и более

ра АТФ (рис. 2а). Во всех случаях использовали

высокая активность фермента).

БИОФИЗИКА том 65

№ 4

2020

ЭФФЕКТЫ НИЗКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

659

Таблица 1. Диэлектрическая проницаемость реакционной смеси и полистироловой кюветы

Частота, Гц

Параметр

ε₁

84.2

99.2

81.4

83.2

87.0

86.0

84.7

Стандартное отклонение

8.1

21.9

8.6

11.3

7.9

9.6

9.0

ε₂

3.1

3.0

3.1

3.0

2.8

Стандартное отклонение

0.2

0.9

0.2

0.1

Примечание. * - На частоте 6 Гц ошибка воспроизводимости превышала 25%, что вызвано неустойчивой работой генератора

на граничной частоте.

Оценка коэффициента поглощения энергии. По-

потенциалов (U₀ = 1.5 В) регистрировали высоко-

лагая, что

омным (R_вх=10¹² Ом) потенциометром. При по-

SAR = σE²/ρ,

(3)

мещении в кювету измеряемой среды разность

потенциалов падает до величины U₁. Относитель-

где SAR - коэффициент поглощения энергии,

ная статическая диэлектрическая проницаемость

Е - напряженность электрического поля внутри

среды (e₁) в этом случае составляет

образца. В приближении об однородности поля

внутри образца:

ε₁ = U₁/U₀.

(6)

Е = Е₀/ε,

(4)

Аналогичным образом определяли статиче-

где Е₀ - внешнее приложенное поле; ε - относи-

скую диэлектрическую проницаемость полисти-

тельная диэлектрическая проницаемость внут-

роловой кюветы без среды (ε₂). Измеряли вели-

реннего содержимого кюветы-конденсатора.

чину U₁ для конденсатора без кюветы, а величину

Определение диэлектрической проницаемости

U₂ - вставляя кювету; избегали соприкосновения

инкубационных смесей, использованных в работе.

обкладок со стенками кюветы:

Проводили измерение емкости конденсатора при

наличии между обкладками исследуемых сред

ε_кр = ε₁ + ε₂.

(7)

(смесей), с последующим сравнением с емкостью

того же конденсатора без наличия между обклад-

Определение величины относительной диэлек-

ками исследуемых смесей (сред). В этом случае

трической проницаемости при действии переменно-

относительная диэлектрическая проницаемость

го электрического поля. Определение проводили

среды равнялась

мостовым методом с использованием стандарт-

ной аппаратуры. Особенность измерения состоя-

ε = C_j/C₀,

(5)

ла в том, что в соответствующую диагональ изме-

где С_j - емкость конденсатора со средой, С₀ - ем-

рительного моста вместо синусоидальных коле-

баний подавалось напряжение от внешнего

кость аналогичного воздушного конденсатора.

генератора импульсов (меандр) в диапазоне ча-

Определение статической величины относитель-

стот следования 10-100 Гц. (параметры импуль-

ной диэлектрической проницаемости. Для проведе-

сов те же, что и в основном тексте статьи)

ния измерений был собран лабораторный стенд

(рис. 2в,г).

ε = ε₁ + ε₂.

(8)

Металлические пластины-обкладки размером

Измеряемая среда (реакционная смесь). К 50 мл

10 × 10 см устанавливали на стеклянную подлож-

воды для инъекций добавляли 0.125 мл АТФ-реа-

ку (во избежание утечки). Между обкладками по-

мещали полистироловую кювету (объем 50 мл,

гента ЛЮМТЕК (лиофильно высушенный реа-

гент из набора, разведенный в 2 мл раствора для

толщина 9 мм). Для предотвращения утечки по

реконструкции АТФ-реагента).

поверхности кюветы был предусмотрен зазор

(около 0.5 мм) между стенкой кюветы и обклад-

Значения диэлектрической проницаемости

кой, что обеспечивалось стеклянным капилля-

реакционной смеси и полистироловой кюветы,

ром.

напряженности электрического поля внутри об-

Замыканием кнопки к обкладкам конденсато-

разца, при которых проводили эксперименталь-

ра подключали аккумулятор. Величину разности

ные исследования, приведены в табл. 1 и 2.

БИОФИЗИКА том 65

№ 4

2020

660

ОЛЕШКЕВИЧ и др.

Таблица 2. Напряженность электрического поля внутри образца

Частота, Гц

Напряженность

Е, В/м

Примечание. ε₁ - Значения диэлектрической проницаемости реакционной смеси, ε₂ - полистироловой кюветы. * - На

частоте 6 Гц ошибка воспроизводимости превышала 25%, что вызвано неустойчивой работой генератора на граничной

частоте.

Таблица 3. Значения удельной проводимости реакционной смеси (σ, См/м), определенные при ряде частот

следования импульсов

Частота, Гц

σ, См/м

Среднее значение

1586

1576

1577

1574

1575

Стандартное отклонение

Примечание. σ - Удельная проводимость. При измерении величин σ и ε на частотах 6 и 12 Гц мостовым методом в качестве

нуль-индикатора баланса моста использовали специально сконструированный измерительный усилитель. На остальных

частотах нуль-индикатором служил стандартный осциллограф.

Массовую плотность реакционной смеси (ρ,

во времени (ферментативная активность не ме-

нялась; реагент хранится без изменения активно-

кг/м³) определяли гравиметрически стандартным

сти до семи-десяти суток при комнатной темпе-

способом, используя пикнометр на 2 мл. В ре-

ратуре).

зультате шестикратного измерения была получе-

на средняя величина, равная 1004.4 ± 0.2 кг/м³.

Статистическая обработка данных проведена в

пакете прикладных программ Statistiсa 6.0. Досто-

Удельную электропроводность инкубационной

верными считали различия при р < 0.05.

смеси (σ, См/м) определяли на кондуктометре

стандартным способом (мостовая схема измере-

ния) на переменном (импульсном) токе при тех

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

же частотах. Результаты определения (табл. 3)

свидетельствуют о примерно равных значениях

При проведении исследований по поиску не-

удельной проводимости реакционной смеси.

контактных способов управления активностью

Большая точность совпадения заданных значе-

ферментов in vitro изучали действие переменного

ний в данном эксперименте авторам не требова-

(пульсирующего) электрического поля на интен-

лась.

сивность биохемилюминесценции - активность

Расчетные экспериментальные значения SAR

люциферазы, системы

«люцифераза-люцифе-

(табл. 4) позволяли контролировать допустимое

рин-АТФ-Mg²⁺». Авторами выявлены эффек-

колебание физических параметров.

тивные частоты, вызывающие необратимые из-

Воспроизводимость результатов. На каждой из

менения активности фермента. Влияние пере-

частот было проведено по семь повторных изме-

менных магнитных полей в последнее время

рений + одно контрольное измерение при вы-

изучается в многочисленных химических и био-

ключенном поле, т. е. после каждых семи измере-

химических экспериментах [14, 15]. Известно, что

ний под действием поля проводили одно кон-

взаимодействие физических полей с биологиче-

трольное для поправки на изменение реагентов

скими объектами вследствие разной глубины

Таблица 4. Значения коэффициента поглощения энергии реакционной смеси, рассчитанные для исследуемых

частот

Частота, Гц

SAR, Вт/кг

1602

1574

1572

1568

1570

Примечание. SAR - коэффициент поглощения энергии. При измерении величин σ и ε на частотах 6 и 12 Гц мостовым методом

в качестве нуль-индикатора баланса моста использовали специально сконструированный измерительный усилитель. На

остальных частотах нуль-индикатором служил стандартный осциллограф.

БИОФИЗИКА том 65

№ 4

2020

ЭФФЕКТЫ НИЗКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

661

1600

400

Контроль

1400

Контроль

350

12 Гц

6 Гц

1200

300

1000

250

800

200

600

150

400

100

200

500

1000

1500

2000

100 0

2000

3000

4000

Время, с

Рис. 3. Динамика хемилюминесценции при действии

Рис. 4. Динамика хемилюминесценции при действии

поля 6 Гц.

поля 12 Гц.

проникновения может происходить как инте-

Таким образом, воздействие электрического

грально - на низких частотах, так и локально - на

поля с частотой 6 Гц значительно повысило ак-

тивность фермента.

частотах электромагнитного излучения милли-

метрового диапазона, когда во взаимодействие с

При исследовании на остальных частотах был

полями включаются только клетки или фермен-

обнаружен противоположный эффект. Так, на

ты. Так как биологические макро- и микросисте-

частотах 12, 48 и 96 Гц активность люциферазы по

мы являются колебательными и динамическими,

сравнению с контролем была подавлена от двух

они могут находиться на разных стадиях функци-

(48 и 96 Гц) до четырех (12 Гц) раз (рис. 4).

онирования, следовательно, каждая из них может

При действии поля с частотой 24 Гц актив-

как иметь разную чувствительность к фактору

ность люциферазы не отличалась от контроля.

воздействия, так и проявлять «индивидуальный»

Сводные данные приведены в табл. 1.

ответ. А в системе будут возникать вынужденные

Теория, объясняющая механизмы биологиче-

колебания с частотой внешнего электрического

ского действия магнитных полей на биологиче-

поля.

ские системы, основана на факте существования

биологических эффектов комбинированных (по-

Анализ полученных нами результатов показал,

стоянного и переменного) магнитных полей при

что при действии поля с частотой 6 Гц величина I₀

определенных, теоретически предсказуемых зна-

резко возрастала по сравнению с контролем - от

чениях частот переменной компоненты поля,

250 ± 47 имп/с до 1250 ± 75 имп/с. При этом

формально соответствующих циклотронным ча-

(p < 0.05) длительность стационарного свечения

стотам ряда ионов (кальция, калия, магния). В

сократилась приблизительно в пять раз - от

основе расчета частот воздействия лежит Лармо-

30 мин до 5.5 мин. Затухание свечения также зна-

рова прецессия как результат влияния магнитно-

чительно ускорилось: значение t возросло в де-

го поля на электронную орбиту с появлением до-

вять раз относительно контроля (рис. 3).

полнительного орбитального электронного тока

Таблица 5. Параметры хемилюминесценции системы люциферин-люцифераза при действии электрического

поля различных частот

Частота электрического поля, Гц

Параметр

Контроль

I_ст, имп/с

250 ± 47

1250 ± 75

48 ± 17

212 ± 33

115 ± 41

123 ± 44

t_ст, мин

30 ± 7

5 ± 1,5

> 120

34 ± 6

67 ± 19

55 ± 12

Не

Τ, c

29 ± 3

3 ± 1,7

32 ± 6

50 ± 7

44 ± 6

установлено

БИОФИЗИКА том 65

№ 4

2020

662

ОЛЕШКЕВИЧ и др.

и индуцированного магнитного момента элек-

могут быть связаны с параметрическими резо-

трона [16].

нансными воздействиями модулирующих частот

на процессы жизнедеятельности. Следовательно,

Особое внимание следует обратить на дей-

для выработки практических рекомендаций по

ствие физических полей на активность фермен-

применению электромагнитных и других видов

тов из-за особенностей функционирования как

полей необходимо будет учитывать амплитудно-

отдельных клеток (систем активного транспорта,

частотную структуру воздействия наравне с вели-

участие в проведении нервного импульса, в нара-

чиной поглощенной энергии.

ботке энергетических эквивалентов и так далее),

так и биологических систем в целом. В связи с

этим изменение активности ферментов и показа-

ВЫВОДЫ

телей углеводного обмена при воздействии физи-

ческих полей и вибрации может приводить к фа-

1. Выбранный объект (система «люциферин-

люцифераза») и критерии хемилюминесценции в

тальным для клеток и тканей последствиям [17].

качестве модели для изучения влияния перемен-

Результаты изучения особенностей импеданса

ных электрических (и других) полей на актив-

биологических объектов животного происхожде-

ность ферментов хорошо соответствует постав-

ния под действием переменного электрического

ленной задаче.

тока в диапазоне частот от 20 до 10⁶ Гц выявили

2. Существуют частоты колебаний электриче-

сложный характер частотной зависимости [18]. В

ского поля, при которых возможна значительная

ряде работ была теоретически рассмотрена воз-

активация фермента, равно как и существуют ча-

можность резонансного поглощения электромаг-

стоты, на которых возможно подавление актив-

нитного поля белковыми молекулами в связи с

ности фермента.

так называемыми дисперсионными силами взаи-

3. Выраженный характер частотной зависимо-

модействия [19, 20]. В белках, содержащих ряд

сти (активация при 6 Гц) не связан с амплитудой

нейтральных и отрицательно заряженных основ-

воздействия: при всех частотах была использова-

ных боковых групп, среднеквадратичная величи-

на одна и та же амплитуда.

на дипольного момента отлична от нуля, даже ес-

ли их средний постоянный момент равен нулю.

4. Показанные в работе эффекты по значи-

Это обусловлено тем, что число поляризованных

тельному неконтактному влиянию слабых элек-

боковых групп в белковой молекуле обычно пре-

трических полей на активность ферментов

вышает число связанных с ними протонов, по-

позволяют считать данное направление перспек-

этому существует множество возможных конфи-

тивным в плане совершенствования методов био-

гураций распределения протонов в молекуле, ма-

технологии.

ло отличающихся по свободной энергии (за

Результаты, послужившие основой для данной

исключением случая сильно кислых растворов).

статьи, были предварительно представлены на

Если предположить непрерывное распределение

VI съезде биофизиков России (Сочи, 16-21 сен-

основных групп молекул ферментов, то происхо-

тября 2019 г.) [21].

дящие за счет флуктуации распределения прото-

нов диполь-дипольные взаимодействия между

группами могут вызывать поглощение кванта

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

энергии, соответствующего частоте 10 ГГц. Одна-

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

ко в наших экспериментах и ингибирующая, и

интересов.

активирующая частота были в 10⁹ раз ниже.

Ранее [20] уже было изучено изменение отно-

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

сительной активности холинэстеразы при дей-

Настоящая работа не содержит описания ка-

ствии модулированного сверхвысокочастотного

ких-либо исследований с использованием людей

электромагнитного излучения в опытах in vitro.

и животных в качестве объектов.

Анализ результатов экспериментов позволил

установить, что значимое влияние на активность

холинэстеразы - от выраженного стимулирую-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

щего действия до уровня исходной активности и

1. P. V. Dunlap and K. Kita-Tsukamoto, in The Prokary-

наоборот - оказывали частота и интенсивность

otes. Vol. 2: Ecophysiology and Biochemistry, ed. by

воздействия. Это позволяет выделить модулиро-

M. Dworkin (Springer, New York, 2006), pp. 863-892.

ванное электромагнитное поле в особую группу

излучений, биологический эффект которых зави-

2. Н. С. Родионова, Автореферат дис

канд. биол.

сит и от величины поглощенной энергии, и от ти-

наук (Ин-т биофизики СО РАН, Красноярск,

па модуляции, «адресованной» к первичной ми-

2004).

шени в функционирующей системе. Все выяв-

3. А. В. Соснов и др., Разработка и регистрация

ленные нами и другими авторами особенности

лекарственных средств, № 4, 108 (2017).

БИОФИЗИКА том 65

№ 4

2020

ЭФФЕКТЫ НИЗКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

663

4. И. В. Березин, Л. Ю. Бровко и Н. И. Угарова,

13. Н. Н. Угарова, М. И. Кокшаров и Г. Ю. Ломакина,

Биоорган. химия 3 (12), 1589 (1977).

Патент RU 2420594 (2009).

5. В. К. Утешев, Т. Н. Пашовкин и Э. Н. Гахова,

14. А. Д. Усанов и др., Биомед радиоэлектроника, № 8,

Вестн. новых мед. технологий, № 4, 7 (2010).

32 (2015).

6. A. A. Oleshkevich, Biophysics 62 (4), 603 (2017).

15. А. Д. Усанов и др., Химико-фармацевтич. журн. 39

7. D. J. Panagopoulos, A. Karabarbounis, and L. H. Mar-

(8), 65 (2005).

garitisa, Biochem. Biophys. Res. Commun. 298, 95

16. В. В. Леднев, Биофизика 41 (1), 224 (1996).

(2002).

8. М. С. Пашовкина, И. Г. Акоев и Т. Н. Пашовкин,

17. М. А. Дерхо и Т. И. Середа, Изв. Оренбургского

в сб. Биологические эффекты слабых электро-

гос. аграрного ун-та, № 1 (57), 72 (2016).

магнитных излучений (Пущино, 2002), сс. 26-37.

18. И. М. Голев и др., Биомед. радиоэлектроника,

9. М. С. Пашовкина и И. Г. Акоев, Биофизика 45 (1),

№ 8, 25 (2015).

130 (2000).

19. М. С. Пашовкина и Т. Н. Пашовкин, Радиац.

10. T. N. Pashovkin, in Abstr. Book of 5^th Int. Symp. on

биология. Радиоэкология 51 (3), 1 (2011).

Therap. Ultrasound (Harvard Medical School, Boston,

2005), p. 77.

20. L. D. Johns, J. Athletic Training 37 (3), 293 (2002).

11. А. А. Олешкевич, А. М. Носовский и Е. В. Камин-

21. В. Э. Новиков, А. А. Олешкевич и М. А. Данилова,

ская, Биомед. радиоэлектроника, № 2, 53 (2014).

в сб. Научные труды VI Съезда биофизиков России

12. А. А. Олешкевич, Ветеринарная медицина, № 3-4,

(Полиграфическое объединение

«Плехановец»,

35 (2012).

Краснодар, 2019), т. 2, с. 48.

Effects of Low-Frequency Electric Field on Recombinant Luciferase Activity

A.A. Oleshkevich, V.E. Novikov, and M.A. Danilova

Skryabin Moscow State Academy of Veterinary Medicine and Biotechnology, ul. Scryabina 23, Moscow, 109472 Russia

Studies on the effects of electromagnetic field on recombinant luciferase activity in the "luciferase-luciferin-

ATP-Mg²⁺" system were conducted. The enzymatic activity was measured with a standard chemiluminom-

eter by the intensity of biochemiluminescence. Frequencies which cause effectively irreversible changes in

enzyme activity were identified. The criteria for the luciferase activity level were the intensity of chemilumi-

nescence (I_cl), after it “reached” the stationary level of luminescence and the value of a time constant of the

decay curve after cessation of the stationary luminescence coupled to ATP consumption. In the 6 Hz elec-

tromagnetic field exposure system, the I₀ value sharply increased from (250 ± 47) imp/s to (1250 75) imp/s

as compared to control while the duration of the stationary luminescence decreased by approximately five

times (from 30 to 5.5 min). Also, the decay of luminescence t accelerated significantly (by nine times relative

to control). In contrast, the opposite results were obtained while studying the effects of electromagnetic field

in other experimentally chosen frequencies. Thus, exposure to electromagnetic field in the frequency bands

of 12, 48, and 96 Hz caused a decrease of luciferase activity by 2 (48 and 96 Hz) and 4 (12 Hz) times as com-

pared to control. Following the 24 Hz electromagnetic field exposure, no difference was found between lu-

ciferase activity and control.

Keywords: enzyme, activity, luciferase, electromagnetic field

БИОФИЗИКА том 65

№ 4

2020