Hygiene and SanitationHygiene and SanitationГигиена и санитария0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman63864310.47470/0016-9900-2022-101-12-1450-1457ENVIRONMENTAL HYGIENEГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫBiotesting for the objectivization of the hygienic evaluation of the surface and underground drinking water sourcesБиотестирование для объективизации гигиенической оценки поверхностных и подземных источников водоснабженияhttps://orcid.org/0000-0001-7379-484XGusevYurij S.ГусевЮрий Сергеевич
Russian Federation

MD, PhD, researcher of Laboratory of chemical-biological monitoring of water quality of the Saratov Medical Scientific Centre of Hygiene of the Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies, Saratov, 410022, Russian Federation.

e-mail: yuran1989@yandex.ru

Канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаб. химико-биологического мониторинга качества воды Саратовского медицинского научного центра гигиены ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Роспотребнадзора, 410022, Саратов.

e-mail: yuran1989@yandex.ru

yuran1989@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8162-9019IvanovDmitrij E.ИвановД. Е.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-5187-7361ErdnievLeonid P.ЭрдниевЛ. П.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-5070-4431KuzyanovDmitrij A.КузяновД. А.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0003-1992-5305KoshelevaIrina S.КошелеваИ. С.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0003-4878-8784SavinaKseniya A.СавинаК. А.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-0670-7918MikerovAnatolij N.МикеровА. Н.
Russian Federation
Saratov Hygiene Medical Research Center of the Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management TechnologiesСаратовский медицинский научный центр гигиены ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» РоспотребнадзораSaratov State Law AcademyФГБОУ ВО «Саратовская государственная юридическая академия»Saratov State Medical University named after V.I. RazumovskyФГБОУ ВО «Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского»13012023101121450145725102024Copyright ©; 2023, Gusev Y.S., Ivanov D.E., Erdniev L.P., Kuzyanov D.A., Kosheleva I.S., Savina K.A., Mikerov A.N.Copyright ©; 2023, Гусев Ю.С., Иванов Д.Е., Эрдниев Л.П., Кузянов Д.А., Кошелева И.С., Савина К.А., Микеров А.Н.2023Gusev Y.S., Ivanov D.E., Erdniev L.P., Kuzyanov D.A., Kosheleva I.S., Savina K.A., Mikerov A.N.Гусев Ю.С., Иванов Д.Е., Эрдниев Л.П., Кузянов Д.А., Кошелева И.С., Савина К.А., Микеров А.Н.https://journals.eco-vector.com/0016-9900/article/view/638643

Introduction. An algorithm for evaluating the hygienic safety of drinking water sources based on biotesting and studying sanitary and chemical indicators has been developed and tested.

Materials and methods. The research methods included sanitary and chemical analysis of water samples, as well as biotesting methods using single-celled green alga Chlorella vulgaris Beijer and bull spermatozoa.

Results. For experimental approbation of the developed algorithm for determining the hygienic safety of water based on a two-component system of express biotesting and measurement of sanitary and chemical indicators, 6 underground and 5 surface water sources were evaluated. The response of test objects indicating the presence of acute toxicity in water samples taken from surface and underground in many cases correlates with the excess of MPC for individual indicators identified by sanitary and chemical analysis. For two water samples, differences were found between the results of biotesting and sanitary-chemical analysis, and therefore it is necessary to conduct an extended toxicological and chemical assessment to identify the source of toxic effects.

Limitations. The two-component test system cannot be used separately without sanitary and chemical analysis of water media.

Conclusion. Biotesting can be an addition to sanitary and chemical analyses, showing the presence of toxic substances that are not in the list of mandatory indicators to be determined (according to MR 2.1.4.0176-20 (in Russian)).

Compliance with ethical standards. The study does not require the submission of a biomedical ethics committee opinion or other documents.

Contribution: Gusev Yu.S. — concept and design of the study, writing the text, responsibility for the integrity of all parts of the article; Ivanov D.E. — concept and design of the study, writing the text; Erdniev L.P. — writing the text, editing; Kuzyanov D.A. — collection and processing of material, statistical data processing, writing text, editing; Kosheleva I.S. — collection and processing of material, writing text, editing; Savina K.A. — collection and processing of material, writing text, editing; Mikerov A.N. — concept and design of the study, approval of the final version of the article. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version. 

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest. 

Acknowledgement. The study had no sponsorship. 

Received: Octoober 10, 2022 / Accepted: December 8, 2022 / Published: January 12, 2023 

Введение. Методы биотестирования наряду со стандартными методами санитарно-химического анализа могут использоваться для оценки гигиенической безопасности различных объектов окружающей среды.

Материалы и методы. Методы исследования включали санитарно-химический анализ проб воды, а также методы биотестирования с использованием одноклеточной зелёной водоросли Chlorella vulgaris Beijer. и половых клеток быка Bulla spermatozoa.

Результаты. Для экспериментальной апробации разработанного алгоритма оценки гигиенической безопасности воды на основе двухкомпонентной системы биотестирования и методов санитарно-химического анализа проведена оценка шести подземных и пяти поверхностных водоисточников. Реакция тест-объектов, указывающая на наличие острой токсичности проб воды, взятых из поверхностных и подземных водоисточников, в большинстве случаев соотносится с превышением ПДК по отдельным показателям, выявленным с помощью санитарно-химического анализа согласно МР 2.1.4.0176–20 «Организация мониторинга обеспечения населения качественной питьевой водой из систем централизованного водоснабжения». Однако в двух пробах воды выявлено наличие токсических веществ по данным биотестирования при отсутствии превышения ПДК по данным санитарно-химического анализа, что свидетельствует о наличии в пробах воды веществ, которые отсутствуют в перечне обязательных определяемых показателей согласно МР 2.1.4.0176–20.

Ограничения исследования. Двухкомпонентная биотест-система не может быть использована отдельно без санитарно-химического анализа воды.

Заключение. Биотестирование является важным дополнением к стандартному санитарно-химическому анализу согласно МР 2.1.4.0176–20, показывая наличие неидентифицированных токсических веществ, которые не включены в перечень обязательных определяемых показателей.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике.

Участие авторов: Гусев Ю.С. — концепция и дизайн исследования, написание текста, ответственность за целостность всех частей статьи; Иванов Д.Е. — концепция и дизайн исследования, написание текста; Эрдниев Л.П. — написание текста, редактирование; Кузянов Д.А. — сбор и обработка материала, статистическая обработка данных, написание текста, редактирование; Кошелева И.С. — сбор и обработка материала, написание текста, редактирование; Савина К.А. — сбор и обработка материала, написание текста, редактирование; Микеров А.Н. — концепция и дизайн исследования, утверждение окончательного варианта статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 27.10.2022 / Принята к печати: 08.12.2022 / Опубликована: 12.01.2023

sources of drinking watersanitary and chemical analysisbiotestingtwo-component test systemисточники питьевого водоснабжениясанитарно-химический анализбиотестированиедвухкомпонентная тест-системаTulakin A.V. Biotesting as a criterion for hygienic assessment of water quality. Sanitarnyy vrach. 2018; (9): 44–9. (in Russian)Тулакин А.В. Биотестирование как критерий гигиенической оценки качества вод. Санитарный врач. 2018; (9): 44-9Xu J., Wei D., Wang F., Bai C., Du Y. Bioassay: A useful tool for evaluating reclaimed water safety. J. Environ. Sci. (China). 2020; 88: 165–76. https://doi.org/10.1016/j.jes.2019.08.014Xu J., Wei D., Wang F., Bai C., Du Y. Bioassay: A useful tool for evaluating reclaimed water safety. J. Environ. Sci. (China). 2020; 88: 165-76. https://doi.org/10.1016/j.jes.2019.08.014Babić S., Malev O., Pflieger M., Lebedev A.T., Mazur D.M., Kužić A., et al. Toxicity evaluation of olive oil mill wastewater and its polar fraction using multiple whole-organism bioassays. Sci. Total Environ. 2019; 686: 903–14. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.06.046Babić S., Malev O., Pflieger M., Lebedev A.T., Mazur D.M., Kužić A., et al. Toxicity evaluation of olive oil mill wastewater and its polar fraction using multiple whole-organism bioassays. Sci. Total Environ. 2019; 686: 903-14. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.06.046Rodrigues S., Pinto I., Martins F., Formigo N., Antunes S.C. Can biochemical endpoints improve the sensitivity of the biomonitoring strategy using bioassays with standard species, for water quality evaluation. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2021; 215: 112151. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.112151Kamenets A.F., Ivanov D.E. The possibilities of applying biotesting methods in the integrated assessment of the quality of surface water supply sources of the population. Sanitarnyy vrach. 2019; (3): 68–73. (in Russian)Каменец А.Ф., Иванов Д.Е. Возможности применения методов биотестирования для оценки загрязнения марганцем источников водоснабжения населения. Санитарный врач. 2019; (3): 68-73Hee C.W., Shing W.L., Chi C.K. Effect of Lead (Pb) exposure towards green microalgae (Chlorella vulgaris) on the changes of physicochemical parameters in water. South Afr. J. Chem. Eng. 2021; 37: 252–5. https://doi.org/10.1016/j.sajce.2021.04.002Hee C.W., Shing W.L., Chi C.K. Effect of Lead (Pb) exposure towards green microalgae (Chlorella vulgaris) on the changes of physicochemical parameters in water. South Afr. J. Chem. Eng. 2021; 37: 252-5. https://doi.org/10.1016/j.sajce.2021.04.002Karlander E.P., Krauss R.W. Absorption and toxicity of beryllium and lithium in Chlorella vannielii Shihira and Krauss. Chesapeake Sci. 1972; 13(4): 245–53.Karlander E.P., Krauss R.W. Absorption and toxicity of beryllium and lithium in Chlorella vannielii Shihira and Krauss. Chesapeake Sci. 1972; 13(4): 245-53.Chupis V.N., Zhuravleva L.L., Zhirnov V.A., Larin I.N., Lushchay E.A., Emel’yanova N.V., et al. Estimation of water quality in the cooling-reservoir of Balakovo atomic electric power station by means of biomonitoring method. Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya. 2008; (2): 43–50. (in Russian)Чупис В.Н., Журавлёва Л.Л., Жирнов В.А., Ларин И.Н., Лущай Е.А., Емельянова Н.В. и др. Оценка качества воды водоёма охладителя Балаковской атомной электростанции методами биомониторинга. Теоретическая и прикладная экология. 2008; (2): 43-50.Muftieva R.R., Musifullina G.A., Valieva Ch.Z. Assessment of the toxicity of hard metal salts to the growth and development of Chlorella vulgaris. Vestnik Bashkirskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. M. Akmully. 2020; (2): 112–7. (in Russian)Муфтиева Р.Р., Мусифуллина Г.А., Валиева Ч.З. Оценка токсичности солей тяжёлых металлов на рост и развитие Chlorella vulgaris. Вестник Башкирского государственного педагогического университета им. М. Акмуллы. 2020; (2): 112-7.Darszon A., Nishigaki T., Beltran C., Treviño С.L. Calcium channels in the development, maturation, and function of spermatozoa. Physiol. Rev. 2011; 91(4): 1305–55. https://doi.org/10.1152/physrev.00028.2010Darszon A., Nishigaki T., Beltran C., Treviño С.L. Calcium channels in the development, maturation, and function of spermatozoa. Physiol. Rev. 2011; 91(4): 1305-55. https://doi.org/10.1152/physrev.00028.2010Carlson A.E., Hille B., Babcock D.F. External Ca2+ acts upstream of adenylyl cyclase SACY in the bicarbonate signaled activation of sperm motility. Develop. Biol. 2007; 312(1): 183–92. https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2007.09.017Carlson A.E., Hille B., Babcock D.F. External Ca2+ acts upstream of adenylyl cyclase SACY in the bicarbonate signaled activation of sperm motility. Develop. Biol. 2007; 312(1): 183-92. https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2007.09.017Martínez-López P., Santi C.M., Treviño C.L., Ocampo-Gutiérrez A.Y., Acevedo J.J., Alisio A., et al. Mouse sperm K+ currents stimulated by pH and cAMP possibly coded by Slo3 channels. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2009; 381(2): 204–9.Martínez-López P., Santi C.M., Treviño C.L., Ocampo-Gutiérrez A.Y., Acevedo J.J., Alisio A., et al. Mouse sperm K+ currents stimulated by pH and cAMP possibly coded by Slo3 channels. Biochem. Biophys. Res.Commun. 2009; 381(2): 204-9.Kaludin I., Georgiev G.T., Marinov M.F. Zinc and manganese transport in ram sex cells. Veterinary-medical sciences. 1983; 20(1): 91–6. (in Bulgarian)Kaludin I., Georgiev G.T., Marinov M.F. Zinc and manganese transport in ram sex cells. Veterinary-medical sciences. 1983; 20(1): 91-6. (in Bulgarian)Ho H.C., Granish K.A., Suarez S.S. Hyperactivated motility of bull sperm is triggered at the axoneme by Ca2+ and not cAMP. Develop. Biol. 2002; 250(1): 208–17. https://doi.org/10.1006/dbio.2002.0797Ho H.C., Granish K.A., Suarez S.S. Hyperactivated motility of bull sperm is triggered at the axoneme by Ca2+ and not cAMP. Develop. Biol. 2002; 250(1): 208-17. https://doi.org/10.1006/dbio.2002.0797Yousef M.I., El-Morsey A.M., Hassan M.S. Aluminium-induced deterioration in reproductive performance and seminal plasma biochemistry of male rabbits: protective role of ascorbic acid. Toxicol. 2005; 215(1-2): 97–107. https://doi.org/10.1016/j.tox.2005.06.025Yousef M.I., El-Morsey A.M., Hassan M.S. Aluminium-induced deterioration in reproductive performance and seminal plasma biochemistry of male rabbits: protective role of ascorbic acid. Toxicol. 2005; 215(1-2): 97-107. https://doi.org/10.1016/j.tox.2005.06.025Marzec-Wróblewska U., Kamiński P., Lakota P. Influence of chemical elements on mammalian spermatozoa. Folia Biologica. 2012; 58(1): 7–15. (in Czech)Marzec-Wróblewska U., Kamiński P., Lakota P. Influence of chemical elements on mammalian spermatozoa. Folia Biologica. 2012; 58(1): 7-15. (in Czech)Krasovskiy G.N., Egorova N.A. Methodological errors in the use of biological testing in hygienic research. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2000; 79(4): 64–6. (in Russian)Красовский Г.Н., Егорова Н.А. Методологические ошибки использования биологического тестирования в гигиенических исследованиях. Гигиена и санитария. 2000; 79(4): 64-6.Krasovskiy G.N., Rakhmanin Yu.A., Egorova N.A. Extrapolation of Toxicological Data from Animals to Humans [Ekstrapolyatsiya toksikologicheskikh dannykh s zhivotnykh na cheloveka]. Moscow: Meditsina; 2009. (in Russian)Красовский Г.Н., Рахманин Ю.А., Егорова Н.А. Экстраполяция токсикологических данных с животных на человека. М.: Медицина; 2009.Karkishchenko N.N. Through similarity and allometry criteria to validation and extrapolation in biomedicine. Biomeditsina. 2007; (1): 5–28. (in Russian)Каркищенко Н.Н. Через критерии подобия и аллометрии к валидации и экстраполяции в биомедицине. Биомедицина. 2007; (1): 5-28.