Hygiene and SanitationHygiene and SanitationГигиена и санитария0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman69157410.47470/0016-9900-2025-104-6-805-812dgekfqMETHODS OF HYGIENIC AND EXPERIMENTAL INVESTIGATIONSМЕТОДЫ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙResearch ArticleEvaluation of biological properties of surface water for domestic and drinking purposes by biotesting methodОценка биологических свойств воды поверхностного источника хозяйственно-питьевого назначения методом биотестированияhttps://orcid.org/0000-0002-4632-6060KhlystovIvan A.ХлыстовИван Андреевичhlistovia@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0125-0063KarpovaElizaveta P.КарповаЕлизавета Павловнаkarpovaep@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5872-2001BushuevaTatiana V.БушуеваТатьяна Викторовнаbushueva@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8846-8016ShtinTatiana N.ШтинТатьяна Николаевнаshtintn@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7927-0246KharkovaPolina K.ХарьковаПолина Константиновнаharkovapk@ymrc.ruYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial WorkersФБУН «Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора150620251046VOL 104, NO6 (2025)ТОМ 104, №6 (2025)805812280920252025https://journals.eco-vector.com/0016-9900/article/view/691574

Introduction. The composition of the water source determined by natural and anthropogenic processes can pose human health risks due to the lack of necessary information on the physicochemical and toxic properties of compounds and imperfection of water treatment technologies. Monitoring of integrated indicators, combined with bioassay and further decoding of biological response predictors, seems to be the most effective solution to water quality and safety evaluation. Bioassay is important for assessing exposure, establishing dose-response relationships and toxicokinetic properties of substances. The aim was to assess the quality and safety of water based on physicochemical indices and using a cell culture bioassay.Materials and methods. We tested physicochemical parameters of surface water and treated potable water before being distributed in Spring to Autumn, 2023. The MTT assay was conducted on a human keratinocyte culture describing cell viability. The most significant predictors of cellular response were selected using regression analysis.Results. We observed seasonal variations in the level of summary indicators and the ionic composition of water. We also revealed excessive concentrations of aluminum and iron in the water source and an elevated permanganate index of treated water. The lowest value of the fibroblast culture viability level was found following exposure to surface water sampled in Spring, while treated water did not reduce cell viability over three seasons.Limitations. The study did not cover the winter season due to insufficient volume of cell culture available for biotesting.Conclusions. We established physicochemical quality and safety parameters of source and treated water. Modeling showed that chelated manganese was a predictor of the biological response. The test object used turned out to be insensitive to indicators exceeding the maximum allowable levels in water.Compliance with ethical standards. The study does not require the submission of a biomedical ethics committee opinion or other documents.Contributions: Khlystov I.A. – study conception and design, draft manuscript preparation and editing, bibliography compilation and referencing; Karpova E.P., Shtin T.N. – data collection and analysis; Bushueva T.V. – study conception and design, bibliography compilation and referencing, editing; Kharkova P.K. – bibliography compilation and referencing, data analysis. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final versionConflict of interest. The authors declare no conflict of interest.Funding. The study had no sponsorship.Received: May 6, 2025 / Accepted: June 26, 2025 / Published: July 31, 2025

Введение. Формируемый природными и антропогенными процессами состав воды питьевых водоисточников может представлять опасность для здоровья из-за отсутствия необходимых сведений о физико-химических, токсических свойствах соединений и несовершенства технологий водоподготовки. Наиболее эффективным решением при оценке безопасности и пригодности воды представляется мониторинг интегральных показателей в сочетании с биотестированием и дальнейшей расшифровкой предикторов биологического ответа. Биотестирование важно при оценке экспозиции, установлении дозоответных зависимостей и токсикокинетических свойств веществ.Цель работы – оценка качества и безопасности воды по показателям физико-химического состава с применением метода биотестирования на культуре клеток.Материалы и методы. Проведены исследования физико-химических показателей воды поверхностного питьевого водоисточника и перед подачей в распределительную сеть (весна ‒ осень 2023 г.). Биотестирование воды выполнено на культуре кератиноцитов человека методом МТТ-теста, характеризующего жизнеспособность клеток. С помощью регрессионного анализа выбраны наиболее значимые предикторы клеточного ответа.Результаты. Обнаружена сезонная вариабельность обобщённых показателей ионного состава воды. Выявлены превышения гигиенических нормативов Al и Fe в водоисточнике, перманганатной окисляемости в питьевой воде. Наименьшее значение уровня жизнеспособности культуры фибробластов обнаружено при воздействии воды из водоисточника весной, тогда как питьевая вода не снижала жизнеспособности клеток в течение трёх сезонов.Ограничения исследования. Исследование не охватило зимний сезон ввиду недостаточного объёма доступной для биотестирования клеточной культуры.Заключение. Исследованы физико-химические показатели качества, безопасности воды водоисточника и питьевой воды. С помощью моделирования установлен предиктор биологического ответа – хелатированная форма марганца. Применённый тест-объект оказался нечувствительным к показателям, превышающим ПДК.Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.Участие авторов: Хлыстов И.А. – концепция и дизайн исследования, написание и редактирование текста, сбор данных литературы; Карпова Е.П., Штин Т.Н. – сбор материала и обработка данных; Бушуева Т.В. – концепция и дизайн исследования, сбор данных литературы, редактирование текста; Харькова П.К. – сбор данных литературы, обработка данных. Все соавторы ‒ утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех её частей.Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.Поступила: 06.05.2025 / Принята к печати: 26.06.2025 / Опубликована: 31.07.2025

drinking water sourcescytotoxicitybiological properties of waterphysicochemical compositionbioassaymonitoringисточники питьевого водоснабженияцитотоксичностьбиологические свойства водыфизико-химический составбиотестированиемониторингPeets P., Wang W.C., MacLeod M., Breitholtz M., Martin J.W., Kruve A. MS2Tox machine learning tool for predicting the ecotoxicity of unidentified chemicals in water by nontarget LC-HRMS. Environ. Sci. Technol. 2022; 56(22): 15508–17. https://doi.org/10.1021/acs.est.2c02536Рахманин Ю.А., Мельцер А.В., Киселев А.В., Ерастова Н.В. Гигиеническое обоснование управленческих решений с использованием интегральной оценки питьевой воды по показателям химической безвредности и эпидемиологической безопасности. Гигиена и санитария. 2017; 96(4): 302–5. https://elibrary.ru/ykuqhhМамонова И.А., Кошелева И.С., Широков А.А., Гусев Ю.С., Микеров А.Н. Использование культуры клеток человека для оценки токсичности воды (обзор литературы). Гигиена и санитария. 2023; 102(5): 509–15. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2023-102-5-509-515 https://elibrary.ru/zifbgnPamies D., Hartung T. 21st century cell culture for 21st century toxicology. Chem. Res. Toxicol. 2017; 30(1): 43–52. https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.6b00269Wester R.C., Maibach H.I. Human skin binding and absorption of contaminants from ground and surface water during swimming and bathing. J. Am. Coll. Toxicol. 1989; 8(5): 853–9. https://doi.org/10.3109/10915818909018044Supe S., Takudage P. Methods for evaluating penetration of drug into the skin: A review. Skin Res. Technol. 2021; 27(3): 299–308. https://doi.org/10.1111/srt.12968WHO. Guidelines for drinking-water quality: Fourth edition incorporating the first and second addenda; 2022. Available at: https://who.int/publications/i/item/9789240045064Богданова В.Д., Аленицкая М.В., Сахарова О.Б. Некоторые методические подходы к оценке риска здоровью, обусловленного качеством питьевой воды централизованных систем водоснабжения. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2023; 31(1): 45–52. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2023-31-1-45-52 https://elibrary.ru/pqkkdvVandenberg L.N., Rayasam S.D.G., Axelrad D.A., Bennett D.H., Brown P., Carignan C.C., et al. Addressing systemic problems with exposure assessments to protect the public’s health. Environ. Health. 2023; 21(Suppl. 1): 121. https://doi.org/10.1186/s12940-022-00917-0Xu X., Yu C., Xu L., Xu J. Emerging roles of keratinocytes in nociceptive transduction and regulation. Front. Mol. Neurosci. 2022; 15: 982202. https://doi.org/10.3389/fnmol.2022.982202Piipponen M., Li D., Landén N.X. The immune functions of keratinocytes in skin wound healing. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21(22): 8790. https://doi.org/10.3390/ijms21228790Хлыстов И.А., Харькова П.К., Бугаева А.В., Замолоцких Т.В., Штин Т.Н., Гурвич В.Б. Определение индикативных показателей для организации мониторинга источников питьевого водоснабжения при изменении климатических условий. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2022; 30(9): 84–90. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2022-30-9-84-90 https://elibrary.ru/xlhfftХарина Г.В., Алёшина Л.В. Анализ качества подземных вод Свердловской области. Гигиена и санитария. 2023; 102(3): 221–8. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2023-102-3-221-228 https://elibrary.ru/scvewtИзиметова М.Ф. Гидрохимическая характеристика крупных водохранилищ Свердловской области. В кн.: Экологический сборник 7: Труды молодых ученых. Всероссийская (с международным участием) молодежная научная конференция. Тольятти; 2019: 199–201. https://doi.org/10.24411/9999-010A-2019-10047 https://elibrary.ru/zdldmtToxicological Profile for Manganese. Atlanta; 2012. Available at: https://atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp151.pdfGulcin İ., Alwasel S.H. Metal ions, metal chelators and metal chelating assay as antioxidant method. Processes. 2022; 10(1): 132. https://doi.org/10.3390/pr10010132Ahamed M.I., Lichtfouse E., Altalhi T., eds. Remediation of Heavy Metals. Cham: Springer; 2021. https://doi.org/10.1007/978-3-030-80334-6Bezuglova O.S., Klimenko A. Application of humic substances in agricultural industry. Agronomy. 2022; 12(3): 584. https://doi.org/10.3390/agronomy12030584Kulikova N.A., Perminova I.V., Badun G.A., Chernysheva M.G., Koroleva O.V., Tsvetkova E.A. Estimation of uptake of humic substances from different sources by Escherichia coli cells under optimum and salt stress conditions by use of tritium-labeled humic materials. Appl. Environ. Microbiol. 2010; 76(18): 6223–30. https://doi.org/10.1128/AEM.00905-10Pieńko T., Czarnecki J., Równicki M., Wojciechowska M., Wierzba A.J., Gryko D., et al. Vitamin B12-peptide nucleic acids use the BtuB receptor to pass through the Escherichia coli outer membrane. Biophys. J. 2021; 120(4): 725–37. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2021.01.004Nikaido H. Molecular basis of bacterial outer membrane permeability revisited. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2003; 67(4): 593–656. https://doi.org/10.1128/MMBR.67.4.593-656.2003Inam M.A., Khan R., Akram M., Khan S., Park D.R., Yeom I.T. Interaction of arsenic species with organic ligands: Competitive removal from water by coagulation‒flocculation‒sedimentation (C/F/S). Molecules. 2019; 24(8): 1619. https://doi.org/10.3390/molecules24081619Mahmood Y.H., Al-Hilali B.M., Khalaf A.T. Concentration of residual chlorine and its health effects in the drinking water of the Kirkuk City. Kafkas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 2018; 11(1): 29–37. Available at: https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/877290Amin M.M., Fatehizadeh A., Bagheri N. Rapid assessment of toxicity of chlorinated aqueous solution by dissolved oxygen depletion and optical density bioassays. Environ. Health Eng. Manag. 2020; 7(4): 271–6. https://doi.org/10.34172/EHEM.2020.32Хлыстов И.А., Бушуева Т.В., Штин Т.Н., Карпова Е.П., Харькова П.К., Бугаева А.В. и др. Применение культуры фибробластов крысы для оценки токсических свойств воды. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2023; 31(9): 38–44. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2023-31-9-38-44 https://elibrary.ru/hsncraLi H., Ding S., Song W., Wang X., Ding J., Lu J. The degradation of dissolved organic matter in black and odorous water by humic substance-mediated Fe(II)/Fe(III) cycle under redox fluctuation. J. Environ. Manage. 2022; 321: 115942. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115942Barbusiński K. Fenton reaction – controversy concerning the chemistry. Ecol. Chem. Eng. S. 2009; 16(3): 347–58.Yang Z., Shan C., Pignatello J.J., Pan B. Mn(II) acceleration of the picolinic acid-assisted Fenton reaction: New insight into the role of manganese in homogeneous Fenton AOPs. Environ. Sci. Technol. 2022; 56(10): 6621–30. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c08796