Нейромедиаторы как коммуникативные агенты в водных экосистемах
Аннотация
Одной из концептуальных проблем современной экологии (в том числе, и в применении к экосистемам водоемов) является проблема стабильного, гармоничного функционирования многих природных экосистем в отсутствие центрального управляющего звена. В настоящей работе рассматриваются литературные и собственные авторские данные, свидетельствующие о важной роли химических регуляторных и коммуникативных факторов, являющихся нейротрансмиттерами в нервных системах животных, в функционировании водных экосистем. Основное внимание уделено одной из важнейших подгрупп нейротрансмиттеров – биогенным аминам (дофамин, норадреналин, серотонин, гистамин и др.), их метаболитам (в частности, мелатонину), а также ацетилхолину. Представленные в работе факты свидетельствуют о том, что данные вещества выполняют широкий спектр сигнальных функций среди различных компонентов водных экосистем – микробиоты, фитопланктона, беспозвоночных, высших растений, рыб. Особенно важно то, что подобные коммуникативные агенты участвуют в регуляции функционирования экосистем в целом. Подчеркивается, что подобные системные регуляторы не только синтезируются и выделяются различными представителями водных экосистем, но и вносятся в них как антропогенные вещества - поллютанты.
Ключевые слова
нейромедиаторы,
нейротрансмиттеры,
биогенные амины,
водные экосистемы,
коммуникация,
кайромоны,
экосистемные регуляторы
При поддержке: Исследование проведено в рамках Программы развития Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды».
Об авторах
А. В. Олескин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет
Россия
Россия
Олескин Александр Владимирович – докт. биол. наук, проф. кафедры общей экологии и гидробиологии биологического факультета
119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12
Тел.: 8-903-507-22-58
А. Л. Постнов
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет
Россия
Россия
Постнов Андрей Львович – вед. инженер кафедры общей экологии и гидробиологии биологического факультета
119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12
Тел.: 8-495-939-38-72
Список литературы
1. Hay M.E. Marine chemical ecology: chemical signals and cues structure marine populations, communities, and ecosystems // Annu. Rev. Mar. Sci. 2009. Vol. 1. P. 193–212.
2. Рощина В.В. Биомедиаторы в растениях. Ацетилхолин и биогенные амины. Пущино: Пущинский научный центр АН СССР, 1991. 192 c.
3. Roshchina V.V. Evolutionary considerations of neurotransmitters in microbial, plant, and animal cells // Microbial endocrinology: interkingdom signaling in infectious disease and health / Eds. M. Lyte and P.P.E. Freestone. N.Y.: Springer, 2010. P. 17–52.
4. Buznikov G.A. Preneural transmitters as regulators of embryogenesis. Current state of problem // Russ. J. Dev. Biol. 2007. Vol. 38. N 4. P. 213–220.
5. Escudero J., Muñoz J.L., Morera-Herreres T., Hernandez R., Medrano J., Domingo-Ectaburu S., Barcelo D., Olive G., Lertxundi U. Antipsychotics as environmental pollutants: an underrated threat? // Sci. Total Environ. 2021. Vol. 769: 144634.
6. Overturf C.L., Wornington A.M., Blythe K.N., Gohad N.V., Mourt A.S., Robers A.P. Toxicity of noradrenaline, a novel anti-biofouling component, to two non-target zooplankton species, Daphnia magna and Ceriodaphnia dubia // Comp. Biochem. Physiol. Part – C: Toxicol. Pharmacol. 2015. Vol. 171. P. 49–54.
7. Rosi-Marchall E.J., Snow D., Bartelt-Hunt S.L., Paspalof A., Tank J.L. A review of ecological effects and environmental fate of illicit drugs in aquatic ecosystems // J. Hazard. Mater. 2015. Vol. 282. P. 18–25.
8. Mazzoli R., Pessione E. The neuro-endocrinological role of microbial glutamate and GABA signaling // Front. Microbiol. 2016. Vol. 7: 1934.
9. Lyte M. Microbial endocrinology: an ongoing personal journey // Microbial endocrinology: interkingdom signaling in infectious disease and health / Ed. M. Lyte. N.Y.: Springer, 2016. P. 1–24.
10. Oleskin A.V., Shenderov B.A., Rogovsky V.S. Role of neurochemicals in the interaction between the microbiota and the immune and the nervous system of the host organism // Probiotics Antimicrob. Proteins. 2017. Vol. 9. N 3. P. 215–234.
11. Oleskin A.V., Shenderov B.A. Probiotics and psychobiotics: the role of microbial neurochemicals // Probiotics Antimicrob. Proteins. 2019. Vol. 11. N 4. P. 1071–1085.
12. Oleskin A.V., Shenderov B.A. Microbial communication and microbiota-host interactions: biomedical, biotechnological, and biopolitical implications. Hauppauge: Nova Science Publ., 2020. 256 pp.
13. Цавкелова Е.А., Ботвинко И.Б., Кудрин В.С., Олескин А.В. Детекция нейромедиаторных аминов у микроорганизмов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии // Докл. Росс. Акад. наук. 2000. Т. 372. № 6. С. 840–842.
14. Özogul F. Production of biogenic amines by Morganella morganii, Klebsiella pneumonia and Hafnia alvii using a rapid HPLC method // Eur. Food Res. Technol. 2004. Vol. 219. N 5. P. 465–469.
15. Kinney K.S., Austin C.E., Morton D.S., Sonnenfeld G. Catecholamine enhancement of Aeromonas hydrophila growth // Microbial Pathogenesis. 1999. Vol. 25. N 2. P. 85–91.
16. Страховская М.Г., Иванова Е.В., Фрайкин Г.Я. Стимулирующее влияние серотонина на рост дрожжей Candida guillermondii и бактерий Streptococcus faecalis // Микробиология. 1993. Т. 62. № 1. С. 46–49.
17. Oleskin A.V., Kirovskaya T.A., Botvinko I.V., Lysak L.V. Effects of serotonin (5-hydroxytryptamine) on the growth and differentiation of microorganisms // Microbiology (Mosc.). 1998. Vol. 67. N 3. P. 251–257.
18. Malikina K.D., Shishov V.I., Chuvelev D.I., Kudrin V.S., Oleskin A.V. Regulatory role of monoamine neurotransmitters in Saccharomyces cerevisiae cells // Appl. Biochem. Microbiol. 2010. Vol. 46. N 6. P. 620–625.
19. Rook G.A.W., Raison C.L., Lowry C.A. Can we vaccinate against depression? // Drug Discov. 2013. Vol. 17. N 9/10. P. 451–458.
20. Liang S., Wu X., Jin F. Gut-brain physiology: rethinking psychology from the microbiota-gut-brain axis // Front. Integr. Neurosci. 2018. Vol .12: 33.
21. Anuchin A.M, Chuvelev D.I., Kirovskaya T.A., Oleskin A.V. Effects of monoamine neuromediators on the growth-related variables of Escherichia coli K-12 // Microbiology (Mosc.). 2008. Vol. 77. N 6. P. 674–680.
22. Oleskin A.V., Malikina K.D., Shishov V.A. Symbiotic biofilms and brain neurochemistry. Hauppauge: Nova Science Publ., 2010. 53 pp.
23. Cao J., Cole I.B., Murch S.J. Neurotransmitters, neuroregulators and neurotoxins in the life of plants // Can. J. Plant. Sci. 2006. Vol. 86. N 4. P.1183–1188.
24. Oleskin A.V., Postnov A.L., Boyang C. Impact of biogenic amines on the growth of a Chlorella vulgaris culture // J. Pharm. Nutr. Sci. 2021. Vol. 11. P. 49–53.
25. Oleskin A.V., Postnov A.L., Boyang C. Impact of biogenic amines on the growth of green microalgae // J. Pharm. Nutr. Sci. 2021. Vol. 11. P. 144–150.
26. Parsaiemehr A., Sun Z., Dou X., Chen Y.-F. Simultaneous improvement in production of microalgal biodiesel and high-value alpha-linolenic acid by a single regulator acetylcholine // Biotechnol. Biofuels. 2015. Vol. 8: 11.
27. Van Alstyne K.L., Harvey E.L., Cataldo M. Effects of dopamine, a compound released by the green-tide macroalga Ulvaria obscura (Chlorophyta), on marine algae and invertebrate larvae and juveniles // Phycologia. 2014 Vol. 53. N 2. P. 195–202.
28. Van Alstyne K.L., Ridgway R.L., Nelson A. Neurotransmitters in marine and freshwater algae // Neurotransmitters in plants: Perspectives and applications / Eds. A. Ramakrishna and V.V. Roshchina. Boca Raton: CRC Press, 2018. P. 27–36.
29. Ramakrishna A., Murherjee S. New insights on neurotransmitter signaling mechanisms in plants // Plant Signal. 2020. Vol.15. N 6: 1737450.
30. Brown W.L.Jr., Eisner T., Whittaker R.H. Allomones and kairomones: transpecific chemical messengers // Bioscience. 1970. Vol. 20. N 1. P. 21–22.
31. Issa S., Gamelon M., Cisielski T.M., Vike-Jones K., Asimakopoulos A.G., Jaspers V.L.B., Einum S. Dopamine mediates life-history responses to food abundance in Daphnia // Proc. Royal Soc. B. 2020. Vol. 287. N 1930: 20201069.
32. Kulma A., Szopa J. Catecholamines are active compounds in plants // Plant Sci. 2007. Vol. 172. N 3. P. 433–440.
33. Erland L.A.E., Saxena P.K. Melatonin and serotonin in plant morphogenesis and development // Neurotransmitters in plants: Perspectives and applications / Eds. A. Ramakrishna and V.V. Roshchina. Boca Raton: CRC Press, 2018. P. 57–70.
34. Boyang C., Oleskin A.V., Vlasova T. Detecting biogenic amines in food and drug plants with HPLC: medical and nutritional implications // J. Pharm. Nutr. Sci. 2020. Vol. 10. N 3. P. 88–91.
35. Basiak M., Sikorski L., Piotrowicz-Cieslak A.-I., Adomas B. Content of biogenic amines in Lemna minor (common duckweed) growing in medium contaminated with tetracycline // Aquat. Toxicol. 2016. Vol. 180. P. 95–102.
36. Oleskin A.V., Shenderov B.A. Production of neurochemicals by microorganisms: implications for microbiota–plants interactivity // Neurotransmitters in plants: Perspectives and applications / Eds. A. Ramakrishna and V.V. Roshchina. Boca Raton: CRC Press, 2018. P. 271–280.
37. Fontaine R., Affaticati R., Yamamoto K., Jolly C., Bureau C., Baloche S., Gounet F., Vermir P., Dufour S., Pasqualini C. Dopamine inhibits reproduction in female zebrafish (Danio rerio) via three pituitary D2 receptor subtypes // Neuroendocrinology. 2013. Vol. 154. N 2. P. 807–818.
38. Wollmuth L.P. Norepinephrine and temperature regulation in goldfish. Dissertations and Theses. Portland State University, 1987. 23 pp.
39. Lin C.-S., Tsai H.-C., Lin C.-M., Huang C.-Y., Kung H.-F., Tsai Y.-H. Histamine content and histamineforming bacteria in mahi–mahi (Coryphaea hippurus) fillets and dried products // Food Control. 2014. Vol. 42. P. 165–171.
40. Devalia J.L., Grady D., Harmanyeri Y., Tabaqchali S., Davies R.J. Histamine synthesis by respiratory tract micro-organisms: possible role in pathogenicity // J. Clin. Pathol. 1989. Vol. 42. N 5. P. 516–522.
41. Florkin M., Schoffenfels E. Molecular approaches to ecology. N.Y.: Academic Press, 1969. 214 pp.
42. Pasteels J.M. Ecomones: messages chimiques des écosystèmes // Ann. Soc. R. Zool. Belg. 1972. P. 103–117.
43. Pasteels J.M. Is kairomone a valid and useful term? // J. Chem. Ecol. 1982. Vol. 8. N 7. P. 1079–1081.
44. Тамбиев А.Х. Реакционная способность экзометаболитов растений. М: Изд-во МГУ, 1984. 73 с.
Рецензия
Для цитирования:
Олескин А.В., Постнов А.Л. Нейромедиаторы как коммуникативные агенты в водных экосистемах. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2022;77(1):9-15.
For citation:
Oleskin A.V., Postnov A.L. Neurotransmitters as communicative agents in aquatic ecosystems. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2022;77(1):9-15. (In Russ.)
Просмотров:
333
Послать статью по эл. почте 