Assessment of the pollution of the bottom sediments in the Azov Sea by biotesting using bioluminescent tests

Abstract

This study is aimed at the toxicity assessment of the bottom sediments in the Azov Sea. 32 samples of the bottom sediments, taken in Taganrog Bay, as well as in the Northern, Western, Central, Southern, and Eastern regions of the sea, have been investigated. A biotesting method based on whole-cell bacterial lux-biosensors (Vibrio aquamarinus VKPM B-11245, E. coli MG1655 (pRecA-lux), E. coli MG1655 (pKatG-lux), and E. coli MG1655 (pSoxS-lux)) was used to determine the toxicity level. Toxicity analysis of the Azov Sea bottom sediments showed their extensive contamination with pollutants of various nature. Integral toxicity was recorded for the surface sediments of all the investigated stations in the Azov Sea. The pollution level of the bottom sediments was estimated as highly toxic at 31 stations and as toxic at 1 station. The presence of genotoxic substances, both direct and promutagenic, was detected, as well as the presence of substances causing oxidative stress. It is shown that Taganrog Bay, the Central and Eastern regions of the Azov Sea are most exposed to pollution. The most polluted sampling stations for bottom sediments have been identified. Integral toxicity and the toxic effects caused by the presence of genotoxic and prooxidant substances indicate gradual accumulation of pollutants in the bottom sediments of the Azov Sea and its unfavorable environmental state. This study has established the biotesting method involving whole-cell bacterial luminescent sensors as a promising tool for the assessment of the ecotoxicological state of the investigated water body. It is deemed necessary to put further efforts into the identification of toxically active compounds in marine sediments and exploration of their possible sources.

Данное исследование направлено на оценку токсичности донных отложений Азовского моря. Были исследованы 32 образца донных отложений, отобранных в Таганрогском заливе, а также в Северном, Западном, Центральном, Южном и Восточном районах собственно моря. Для определения токсичности был использован метод биотестирования на основе цельноклеточных бактериальных lux-биосенсоров (Vibrio aquamarinus VKPM B-11245, E. coli MG1655 (pRecA-lux), E. coli MG1655 (pKatG-lux), E. coli MG1655 (pSoxS-lux)). Анализ токсичности донных отложений Азовского моря показал их масштабное загрязнение поллютантами различной природы. Интегральная токсичность зарегистрирована в донных отложениях всех исследованных станций Азовского моря. Уровень загрязнения донных отложений был оценен как высокотоксичный на 31 станции моря и как токсичный — на 1 станции. Обнаружено присутствие генотоксичных веществ — как прямых, так и промутагенных, — а также веществ, вызывающих окислительный стресс. Показано, что наиболее подвержены загрязнению Таганрогский залив, Центральный и Восточный районы Азовского моря. Выявлены максимально загрязненные станции отбора донных отложений. Интегральная токсичность и токсические эффекты, вызванные присутствием генотоксичных и прооксидантных веществ, свидетельствуют о постепенной аккумуляции поллютантов в донных отложениях Азовского моря и его неблагополучном экологическом состоянии. Проведенное исследование позволило установить, что биотестирование с помощью цельноклеточных бактериальных люминесцентных сенсоров является многообещающим инструментом оценки экотоксикологического состояния исследуемого водоема. Показана необходимость дальнейших работ по выявлению токсикологически активных соединений в морских отложениях и определению потенциальных источников их происхождения.