Геохимия, 2022, T. 67, № 2, стр. 101-118

Биологическая роль микроэлементов и вирусные патологии

В. В. Ермаков a*, Л. Н. Иованович b**

a Институт геохимии и аналитической химии и. В.И. Вернадского РАН
119991 Москва, ул. Косыгина, 19, Россия

b ALFA BK University
11070 Belgrad, Palmira Toljatija, 3, Serbia

* E-mail: vad-ermak@yandex.ru
** E-mail: ecologica.drustvo@gmail.com

Поступила в редакцию 24.03.2021
После доработки 25.05.2021
Принята к публикации 06.06.2021

Аннотация

Обзор литературы посвящен новому направлению в биогеохимии и геохимической экологии – связи микромира (вирусов) с проявлениями патологий животных и человека. Рассмотрены некоторые аспекты биологического действия селена, цинка, меди и йода, их влияние на проявление и течение вирусных инфекций. Акцентировано внимание на антиоксидантных, мембранопротекторных, иммуномостимулирующих, гормональных функциях микроэлементов, антибактериальных и противовирусных свойствах металлической меди и ее соединений. Существующие критерии оценки Se-статуса территорий сопоставлены с заболеваемостью населения РФ COVID-19 и ВИЧ. Показано, что в ряде случаев дефицит селена в среде связан с более высокой восприимчивостью к РНК-вирусным инфекциям. Подчеркнута необходимость совершенствования критериев оценки микроэлементного статуса территорий, развития исследований в области геохимической экологии вирусов и их роли в биосфере.

Ключевые слова: биологическая роль, вирусные инфекции, геохимическая экология, йод, медь, селен, цинк, COVID-19

Список литературы

  1. Андрюков Б.Г., Гвозденко Г.А., Демьяненко Н.Б. (2015) Избыток йода в организме – экологический фактор риска развития аутоиммунных заболеваний щитовидной железы. Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2(60), 6-16.

  2. Бабушкина И.В., Бородулин В.Б., Коршунов Г.В., Пучиньян Д.М. (2010) Изучение антибактериального действия нано-частиц меди и железа на клинические штаммы Staphylococcus aureus. Саратовский научно-медицинский журн. 6(1), 11-14

  3. Бигалиев А.Б. (2016) Экологическая генетика. Алматы: Эверо, 216 с.

  4. Вернадский В.И. (1940) Бактериофаг и скорость передачи жизни в биосфере // Вернадский В.И. Биогеохимические очерки. 1922–1931. М.-Л.: изд-во АН СССР, 118-125.

  5. Галочкин В.А., Галочкина В.П. (2011) Органические и минеральные формы селена, их метаболизм, биологическая доступность и роль в организме.Cельскохозяйственная биология. (4), 3-15.

  6. Гиреев Г.И. (1968) Биологическая роль микроэлемента меди в метаболизме нуклеиновых кислот в организме животных. Доклады РАСХН. (8), 24-27.

  7. Голубкина, Н.А., Папазян. Т.Т. (2006) Селен в питании. Растения, животные, человек. М.: Печатный город. 254 с.

  8. Голубкина Н.А. Синдирева А.В., Зайцев В.Ф. (2017) Внутрирегиональная вариабильность селенового статуса населения. Медицинская экология. 12(1), 107-127.

  9. Гусейнов В.Г., Сафаров Н.С. (2007) Селен и некоторые вирусные заболевания. Биомедицина. (2), 3-6.

  10. Ермаков В.В. (2012) Эволюция биогеохимических провинций в России. Изменение природной среды в XX в. (ответ. ред. В.М. Котляков, Д.И. Люри). М.: Молнет, 307-321.

  11. Ермаков В.В., Ковальский В.В. (1974) Биологическое значение селена М.: Наука, 300 с.

  12. Ермаков В.В., Тютиков С.Ф., Сафонов В.А. (2018) Биогеохимическая индикация микроэлементозов. М.: издание РАН, 386 с.

  13. Ермакова Г.И., Тарасевич Л.М. (198) Применения метода флюоресцирующих антител для обнаружения полиэдренного агента в яйцах (грене) тутового шелкопряда. Вопросы вирусологии. (1) 89-93.

  14. Жданов В.М., Львов Д.К., Забережный А.Д. Место вирусов в биосфере (2012) Вопросы вирусологии. (1), 21-32.

  15. Ивановский Д.И. (1892) О двух болезнях табака: Табачная пепелица. Мозаичная болезнь // С.-П.: тип. В. Демакова, 19 с.

  16. Коронавирус в России – ситуация на 5 сентября 2020// https://koronavirustoday.ru/news/russia/koronavirus-v-rossii-situacziya-na-29-yanvarya-2021/

  17. Oбpaщeниe 05.09.2020 г.

  18. Коронавирус в России – ситуация на 29 января 2021// https://koronavirustoday.ru/news/russia/koronavirus-v-rossii-situacziya-na-29-yanvarya-2021/

  19. Oбpaщeниe 29.01.2021 г.

  20. Крылова Н.В., Попов А.М., Леонова Г.Н. (2016) Антиоксиданты как потенциальные противовирусные препараты при флавирусных инфекцияхю Антибиотики и Химиотерапия. 61(5-6), 26-31.

  21. Лысак Л.В., Лапыгина Е.В., Конова И.А., Звягинцев Д.Г. (2010) Численность и таксономический состав ультрамикробактерий в почвах. Микробиология. 79(3), 428-432.

  22. Моисеенко Т.И. (2009) Водная экотоксикология: теоретические и прикладные аспекты. М.: Наука, 399 с.

  23. Рахметова А.А. (2011) Изучение биологической активности наночастиц меди, различающихся по дисперсности и фазовому составу. Автореф. … канд. биологических наук. М., 24 с

  24. Риш, М.А. (2003) Наследственные микроэлементозы. Труды Биогеохим. лаб. 24, 301.

  25. Фролов Г. (2020) Сообщение о препарате МИСиС спиртозоле. Университет науки и технологий: https:// misis.ru/university/news/misc/2020-04/6622/ Обращение 05.09.2020 г.

  26. Aggarwal R., Sentz J., Miller M.A. (2007) Role of zinc administration in prevention of childhood diarrhea and respiratory illnesses: a meta-analysis. Pediatrics. 119(6), 1120-1130.

  27. Anke M., Glei M., Muller M. et al. (1996) Trace and ultra trace elements in human and animal physiology. In Thyroid and Trace Elements, 6th Thyroid-Symposium. Berlin-Wien: Blackwell Wissenschaft, 1-12.

  28. Arthur Y.R. (2000) The Glutatione peroxidase. Cell Mol. Life. 556, 1825-1835.

  29. Bao S., Knoell D.L. (2006) Zinc modulates airway epithelium susceptibility to death receptor- mediated apoptosis. American J. Physiology – Lung Cellular and Molecular Physiology 290, L433-L441.

  30. Bath G.F. (1979) Enzootic icterus – a form of chronic copper poisoning. J. South African Veterinary. 50(1), 3-14.

  31. Beck M.A., Shi Q., Morris V.C., Levander O.A. (1995) Rapid genomic evolution of a non-virulent coxsackievirus B3 in selenium-deficient mice results in selection of identical virulent isolates. Nat. Med. 1(5), 433-436.

  32. Behne D. Kyriakopoulos A. (2001) Mammalian selenium-containing proteins. Annu Rev Nutr. 2, 453-473.

  33. Beijerinck M.W. (1898) Über ein Contagium vivum fluidum als Ursache der Fleckenkrankheit der Tabaksblätterю Verhandelingen der Koninklyke akademie van Wettenschappen te Amsterdam. 65, 1-22.

  34. Black R.E. (2003). Zinc deficiency, infectious disease and mortality in the developing world. J. Nutrition. 133, 1485S-1489S.

  35. Brooks W.A., Santosham M., Naheed A. et al. (2005) Effect of weekly zinc supplements on incidence of pneumonia and diarrhoea in children younger than 2 years in an urban, low-income population in Bangladesh: randomized controlled trial. The Lancet. 366, 999-1004.

  36. Brown K.H., Rivera J.A., Bhutta Z. et al. (2004) International Zinc Nutrition Consultative Group (IZiNCG) Technical Document no. 1. Assessment of the risk of zinc deficiency in populations and options for its control. Food and Nutrition Bulletin. 25, S94–S203.

  37. Champagne V.K., Helfritch D. (2013) A demonstration of the antimicrobial effectiveness of various copper surfaces. J. Biological Engineering. 7(1), 8.

  38. Chan S., Gerson B., Subramania S. (1998) The role of copper, molybdenum, selenium, and zinc in nutrition and health. Clin. Lab. Med. 18(4), 673-685.

  39. Chasapis C.T., Loutsidou A.C., Spiliopoulou A.C., Stefanidou M.E. (2012) Zinc and human health: an update. Archives of Toxicology. 86(4), 521-534.

  40. Clark L.C., Combs G.F., Turnbull B.M. (1986) Effects of Selenium Supplementation for Cancer Prevention in Patients with Carcinoma of the Skin. A Randomized Controlled Trial. Nutrional Prevention of Cancer Study Group. J. American Medical Association. 276, 1957-1963.

  41. Combs G.F. (2015) Biomarker of selenium status. Nutrients. 7, 2209-2236.

  42. Combs G.F., Gray W.P. (1998) Chemoprevenrive agents: Selenium. Pharmacol Ther. 79, 179-192.

  43. Dardenne M., Jean-Marie P. (1994) Interactions between zinc and thymulin. Metal-Based Drugs. 1(2–3), 233-239.

  44. Derscheid R.J., Van Geelen A., Berkebile A.R. et al. (2014) Increased concentration of iodide in airway secreti.ons is associated with reduced respiratory syncytial virus disease severity. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 143(12), 1244-1256.

  45. Ermakov V.V. (2001) Problems of extremal geochemical ecology and biogeochemical study of the biosphere In Biogeochemistry and Geochemical Ecology (Ed. V.V. Ermakov). M.: Publ. GUN NPC TMG MZ RF, 98-144.

  46. Ermakov V., Jovanovic L. (2010) Selenium deficiency as a consequence of human activity and its correction. J. Geochem. Exploration. 107(2), 193-199.

  47. Ermakov V., Jovanovic L. (2010a) Characteristics of selenium migration in soil-plant system of East Meshchera and Transbaikalia. J. Geochem. Exploration. 107(2), 200-205.

  48. Ermakov V.V., Safonov V.A., Yakimenko V.N. (2016) Express method for determining the activity of superoxide dismutase in blood. In Reports of the Moscow Society of Nature Tester (Responsible editors A. p. Sadchikov, S. A. Ostroumov). 62. M.: Publ. house of LLC “Max-Press”, 10-15.

  49. Ermakov V.V., Usenko S.I. (2004) Method of diagnostics of chronic microelementoses in farm animals. Bull. of Integrated Field Science Center of Tohoku University (Sendai, Japan). 1(3), 59-64.

  50. Fischer A.J., Lennemann N.J., Krishnamurthy S. et al. (2011). Enhancement of respiratory mucosal antiviral defenses by the oxidation of iodide. Am J Respir Cell Mol Biol. 45, 874-881

  51. Flohe L.W., Gunzler W.A., Schock H.H. (1973) Glutathion peroxidase: a selenoenzyme. FEBS Letters. 32, 132-134.

  52. Foster H.D. (2002) What really causes AIDS. Victoria: Trafford Publishing, 198 p.

  53. Gabrashanska M., Tsocheva-Gaytandzhieva N., Nanev V. (2016). Selected trace elements in experimental fasciolosis with diethylnitrosamine treatment// Ecologica (Belgrad), 23(83), 525-528.

  54. Gać P., Czerwińska K., Macek P., Jaremków A., Mazur G., Pawlas K., Poręba R. (2020) The importance of selenium and zinc deficiency in cardiovascular disorders. Environ. Toxicol. Pharmacol. 82(10), 103553

  55. Gaetke L.M., Chow-Johnson H.S., Chow C.K. (2014) Copper: Toxicological relevance and mechanisms. Arch Toxicol. 88(11), 1929-1938.

  56. Gibson R.S., Ferguson E.L. (1998). Assessment of dietary zinc in a population. Am. J. Clin. Nutr. 68, 430S-434S.

  57. Griffiths P.D. (2012) Norovirus: tribulation and possible trial. Rev Med Virol. 2, 67-68.

  58. Haider B.A.,Saeed M.A., Bhutta Z. et al. (2006) Zinc supplementation for the prevention of pneumonia in children aged 2 months to 59 months. Cochrane Database Sys. Rev. (2) Art. № CD005978.

  59. Hart E.B., Waddell J., Elvehjem C.A. (2002) Iron in Nutrition. VII. Copper as supplement to iron for hemoglobin in the rat.1928. J. Biol. Chem. 277(34), 797-812.

  60. Hiffler L., Rakotoambinina B. (2020) Selenium and RNA virus interactions: Potential implications for SARS-CoV-2 infection (COVID-19). Frontiers in Nutrition. 7, 1-9.

  61. Jovanović L.N., Ermakov V.V. (2020) The importance of selenium and zinc in the prevention and treatment of viral diseases. Ecologica. 27(99), 357-365.

  62. Keen C.L., Gershwin M.E. (1990) Zinc Deficiency and Immune Function. Annu Rev Nutr. 10, 415-431.

  63. Kelly F.C. (1961) Iodine in medicine and pharmacy since its discovery – 1811–1961. J R Soc. Med. Oбpaщeниe 5.01.2021 г.https://doi.org/10.1177/003591576105401001

  64. Kieliszek M., Lipinski B. (2020) Selenium supplementation in the prevention of coronavirus infections (COVID-19). Med. Hypotheses. 143(5). https://doi.org/10.1016/j.mehy.2020.109878

  65. Kovalskij V.V. (1977). Geochemische Ökologie. Biogeochemie.Berlin, VEB Deutscher Landwirtschaftsverlag, 352 s.

  66. Kuhn Ph. (1983) Doorknobs: A source of Nosocomial Infection. Diagnostic Medicine. 1(1), 2.

  67. Lemire J.A., Harrison J.J., Turner R.J. (2013) Antimicrobial activity of metals: mechanisms, molecular targets and applications. Nat Rev Microbiol. 11, 371-384.

  68. Levander O.A., Beck M.A. (1999) Selenium and viral virulence. Brit. Med. Bull. 66(3), 528-533.

  69. Magagnoli J., Narendran S., Pereira D. (2020) Outcomes of hydroxychloroquine usage in United States veterans hospitalized with Covid-19. Med.-2020. Mode of access: https://doi.org/10.1101/2020.04.16.20065920. Date of access 11th June, 2020.

  70. Mehri A., Marjan R.F. (2013) Trace Elements in Human Nutrition: A Review. Int. J. Med. Invest. 2(3), 115-128.

  71. Menon I.G.K. (1959). The 1957 pandemic of influenza in India. Bull World Health Organ: 20, 199-224.

  72. Molteni C., Abicht H.K., Solioz M. (2010) Killing of bacteria by copper surfaces involves dissolved copper. Appl. Environ. Microbiol. 76, 4099-4101.

  73. Montagnier L. (1999) Virus: the Co-Discoverer of HIV Tracks its Rampage and Charts the Future. N.Y.: WW Norton, 256 p.

  74. Patching S.G., Gardiner P.H.E. (1999) Recent developments in selenium metabolism and chemical speciation: a review. J. Trace Elements Med. Biol. 13, 193-214.

  75. Prasad A.S., Brewer G.I., Schoomaker E.B., Rabbani P. (1978) Hypocupremia induced by zinc therapy in adults. J. American Medical Association. 240(20), 2166-2168.

  76. Radosavljevic Z., Jovanovic L., Ermakov V. et al. (2018) Challenges of green economy. International Monograph. Belgrad: University Union-Nikola Tesla, 236 p.

  77. Rehder D., Black R.E., Bomhorst J. (2015) Metals in Host-Microbe Interaction.The Host Perspective. In Trace Metals and Infectious Diseases (Eds. Nriagu J.O., Skaar E.P.) Massachusetts: The MIT Press, 199-221.

  78. Rink L., Kirchner H. (2000) Zinc-altered immune function and cytokine production. J.Nutr. 130, 1407S-1411S.

  79. Rish M.A. (2001) Genetic disorders of trace element metabolism in man and animals. In Biogeochemistry and Geochemical Ecology (Ed. V.V. Ermakov). M.: Publ. GUN NPC TMG MZ RF, 198-234.

  80. Rotruck J., Pope A., Ganther H. et al. (1973) Selenium: biochemical role as a component of glutathione peroxidase. Science. 179(73), 588-590.

  81. Ruel M.T., Rivra T.A., Santizo V.C. et al. (1997) Impact of zinc supplementation on morbidity from diarrhea and respiratory infections among rural Guatemalan children. Pediatrics. 99(6), 808-813.

  82. Safonov V.A. (2018). Biological Role of Selenium and Correction Effects of Its Content in the Organism of Animals // Geochem. Int. 56(1), 1046-1050.

  83. Sandstrom B. (1985) Effects of inorganic iron on the absorption of zinc from a test solution and a composite meal. In Trace elements in man and animals-TEMA.5 (Eds. Mills C.D., Brenner L., Chester J.K.). Farnham Royal, CAB International, 414-416.

  84. Schwarz K., Foltz C. (1957) Selenium as an integral part of factor 3 against necrotic dietary liver degeneration. J. Am. Chem. Soc. 79, 3292-3293.

  85. Takkouche B., Regueira-Méndez C., García-Closas R. et al. (2002) Intake of Vitamin C and Zinc and Risk of Common Cold: A Cohort Study. Epidemiology. 13(1), P. 38-44.

  86. Tang A.M., Graham N.M., Saah A.J. (1996) Effects of micronutrient intake on survival in human immunodeficiency virus type 1 infection. Am J.Epidemiol. 143(12), 1244-56.

  87. Taylor E.W. (1997) Selenium and viral diseases: facts and hypotheses. J. Orthomolecular Medicine. l2(4), 227-239.

  88. Taylor E.W., Bhat A., Nadimpalli R.G. et al. (1997) HIV-1 encodes a sequence overlapping env.gp41 with highly significant similarity to selenium dependent glutathione peroxidases. AIDS Res. Hum. Retrovir. 15(5), 393-394.

  89. Taylor E.W., Nadimpalli R.G., Ram C.S. (1997) Genomic structures of viral agents in relation to the biosynthesis of selenoproteins. Biol Trace Elem Res. 56(l), 63-91

  90. Turner R.B., Cetnarowski W.E. (2000) Effect of Treatment With Zinc Gluconate or Zinc Acetate on Experimental and Natural Colds. Clin Infect Dis. 31(5). 1202-1208.

  91. Turner R.J., Finch J.M. (1991) Selenium and the immune response. Proc.Nutr Soc. 50, 275-285.

  92. Te Velthuis A.J.W., Van den Worm S.H.T., Sims A.C., Baric R.S., Snijder E.J., van Hemert M.J. (2010) Zn(2+) Inhibits Coronavirus and Arterivirus RNA Polymerase Activity in Vitro and Zinc Ionophores Block the Replication of These Viruses in Cell Culture. PLoS Pathogens 6(11), e1001176.

  93. Urban T., Jarstrand C. (1986) Selenium effects on human neutrophilic granulocyte function in vitro. Immunopharmacol. 12, 167-172.

  94. Verheesen R.H., Traksel R.A.M. (2020) Iodine, a preventive and curative agent in the COVID-19 pandemic? Med Hypotheses 144, :109860.https://doi.org/10.1016/j.mehy.2020.109860.Epub 2020 May 23. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32540604/. Обращение 01 февраля 2021 г.

  95. Warnes S.L. (2014) Laboratory studies to investigate the efficacy and mechanism of action of copper alloys to kill a range of bacterial pathogens and inactivate norovirus. Thesis of DF. University of Southampton. Faculty for natural and environmental sciences. Centre for Biological Sciences. Southampton, 157 p.

  96. Warnes S.L., Little Z.R., Keevil C.W. (2015) Human Coronavirus 229E Remains Infectious on Common Touch Surface Materials. mBio. 6(6), 1697-1715.

  97. WHO. Coronavirus disease 2019. (2020). Oбpaщeниe 10.01. 2021 г.https://doi.org/10.1001/jama.2020.2633

  98. Wobus C.E., Thackray L.B., Virgin H.W. (2006) Murine norovirus: a model system to study norovirus biology and pathogenesis. J. Virol. 80. 5104-5112.

  99. Yao X., Ye F., Zhang M. (2020) In Vitro Antiviral Activity and Projection of Optimized Dosing Design of Hydroxychloroquine for the Treatment of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Clin. Infect. Dis. 71(15), 732-739.

  100. Zhang L., Liu Y. (2020) Potential interventions for novel coronavirus in China: A systematic review. J. Med. Virol. 92, 479-490. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2020.109878

  101. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32540604/. Обращение 01 февраля 2021 г.

  102. Zhao L., Cox A.G., Ruzicka J.A. et al. (2000) Molecular modeling and in vitro activity of an HIV-1-encoded glutathione peroxidase. Proc Nad Acad Sci USA. 97(12), 6356-6361.

  103. Zhang J., Taylor E., Bennett K. et al. (2020) Assosiation between regional selenium status and reported outcome of COVID-19 cases in China. The American Journal of Clinical Nutrition. 111(6), 1297-1299.

Дополнительные материалы отсутствуют.