Жизнь Земли. Междисциплинарный научно-практический журнал Life of the Earth 10.29003/m4988.0514-7468.2025_47_4/550-562 2752 Нейрохимические поллютанты в водной среде: результаты исследований с модельными объектами Neurochemical pollutants in the aquatic medium: the results of studies with model organisms (microalgae) Цао Боян , Олескин А.В. Cao Boyang, Oleskin, A.V. 26 11 2025 47 4 550 562 26 11 2025

Список антропогенных экологически токсичных соединений пополняется в последние десятилетия, наряду с другими «подарками» человека биосфере, лекарственными препаратами. Среди последних немаловажное значение имеют нейротрансмиттеры, в т. ч. биогенные амины норадреналин, дофамин, серотонин, гистамин, а также ацетилхолин. Эти нейротрансмиттеры испытаны в настоящей работе на модельных тест-объектах: зелёных микроводорослях Chlorella vulgaris Beijer, Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb. К-1149, Haematococcus lacustris (= pluvialis) штаммы IPPAS H-239 и BM-1 и цианобактерии Limnospira platensis IPPAS B-256. Установлено, что все тестированные нейротрансмиттеры значимо стимулируют рост культур исследованных микроводорослей в достаточно низких (микромолярных) концентрациях. В свете полученных в настоящей работе результатов реальным представляется перспектива неконтролируемого роста микроводорослей под воздействием даже «следовых» количеств нейротрансмиттеров в естественных и искусственных водоёмах с перспективой их эвтрофикации.Все испытанные вещества также влияли в микромолярных (или субмикромолярных) концентрациях на содержание фотосинтетических пигментов, причём ацетилхолин выступал как почти универсальный стимулятор их биосинтеза, и предположительно должен стимулировать фотосинтетическую активность микроводорослей. Воздействие других тестированных веществ носило видоспецифический характер, однако во многих случаях они также оказывали стимуляторное воздействие на биосинтез фотосинтетических пигментов. Биотехнологический проект, направленный на увеличение выхода биомассы микроводорослей путём добавления нейротрансмиттеров в их культуры, имеет перспективы в плане стимулирования производства лекарственных препаратов, пищевых добавок или биотоплива из микроводорослей.

The constantly extending list of humankind-produced environmentally toxic compounds currently includes pharmacological preparations. Among them, of potential relevance are neurotransmitters including such biogenic amines as norepinephrine, dopamine, serotonin, and histamine, as well as acetylcholine. These neurotransmitters were tested in the present work using such model organisms as the green microalgae Chlorella vulgaris Beijer, Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb. К-1149, and Haematococcus lacustris (= pluvialis) strains IPPAS H-239 and BM-1, as well as the cyanobacterium Limnospira platensis IPPAS B-256. It was established that all tested neurotransmitters significantly stimulate the growth of the cultures of microalgae at sufficiently low (micromolar) concentrations. In light of the results of this work, uncontrollable microalgal growth seems to be possible under the influence of trace amounts of neurotransmitters in natural and artificial water bodies, which might cause their eutrophication. All tested substances influenced the photosynthetic pigment content at micromolar (or submicromolar) concentrations, acetylcholine being a quasi-universal promoter of their biosynthesis that presumably stimulates the photosynthetic activity of the microalgae. The effects of the other tested substances varied depending on the microalgal species involved but predominantly resulted in promoting photosynthetic pigment biosynthesis. A biotechnological project aimed at stimulating the microalgal biomass yield by supplementing microalgal cultures with neurotransmitters seems to hold promise for producing drugs, food additives, or biofuel.

 экотоксикантыфармацевтические препаратынейротрансмиттерысеротонингистаминнорадреналиндофаминацетилхолинмикроводорослиэвтрофикация ecotoxicantspharmaceuticalsneurotransmittersserotoninhistaminenorepinephrinedopamineacetylcholinemicroalgaeeutrophication Бузников Г.А. Нейротрансмиттеры в эмбриогенезе. М.: Наука, 1987. 206 с.Бузников Г.А. Донервные трансмиттеры как регуляторы эмбриогенеза. Современное состояние проблемы // Онтогенез. 2007. Т. 38, № 4. С. 262–270.Дубынин В.А., Каменский А.А., Сапин М.Р., Сивоглазов В.Н. Регуляторные системы организма человека. М.: Дрофа, 2010. 368 с.Лифшиц В.М., Сидельникова В.И. Лабораторные тесты у здоровых людей. Референтные пределы, М.: Триада-Х, 2004. 128 с.Матвиенко Т.И. Основы токсикологии. Курс лекций. Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2006. 142 с.Олескин А.В. Взаимодействие нейротрансмиттеров с микроорганизмами: значение для водных экосистем // Природа. 2024. № 6. С. 61–74. DOI: 10.7868/S0032874X24070077.Олескин А.В., Постнов А.Л. Нейромедиаторы как коммуникативные агенты в водных экосистемах // Вестник Московского университета. Сеp. 16: Биология. 2022. Т. 77. № 1. С. 9–15. DOI: 10.31857/S0555109922060125.Олескин А.В., Шендеров Б.А., Роговский В.С. Cоциальность микроорганизмов и взаимоотношения в системе микробиота-хозяин: роль нейромедиаторов. М.: Издательский дом МГУ, 2020. 286 с.Рощина В.В. Биомедиаторы в растениях. Ацетилхолин и биогенные амины. Пущино: НЦ, 1991. 192 с.Рощина В.В. Нейротрансмиттеры – биомедиаторы и регуляторы растений. М.: Информика, 2010. 120 c.Цавкелова Е.А., Климова С.Ю., Чердынцева Т.А., Нетрусов А.И. Гормоны и гормоноподобные соединения микроорганизмов (обзор) // Прикл. биохим. микробиол. 2006. Т. 42, № 3. С.261–268.Цао Б., Федоренко Т.А., Чивкунова О.Б., Соловченко А.Е., Лобакова Е.С., Олескин А.В. Влияние нейротрансмиттеров на состав жирных кислот и фотосинтетических пигментов зеленой микроводоросли Scenedesmus quadricauda // Прикл. биохим. микробиол. 2024. Т. 60, № 5. С. 378–389. DOI: 10.31857/S0555109924050064.Цао Б., Федоренко Т.А., Чивкунова О.Б., Соловченко А.Е., Лобакова Е.С., Олескин А.В. Влияние нейротрансмиттеров на содержание фотосинтетических пигментов у Haematococcus lacustris штаммы IPPAS H-239 и ВМ-1 // Прикл. биохим. микробиол. 2025. Т. 61(5). С. 865–871. DOI: 10.1134/S0003683825601155.Alsenani F., Wass T.J., Ma R., Eltahany E., Netzel M.E., Schenk P.M. Transcriptome-wide analysis of Chlorella reveals auxin-induced carotenogenesis pathway in green microalgae // Algal Res. 2019. V. 37. P. 320–335. DOI: 10.1016/j.algal.2018.12.002.Aydin S., Ulvi A., Bedük F., Aydin M.E. Pharmaceutical residues in digested sewage sludge: occurrence, seasonal variation and risk assessment for soil // Sci. Tot. Environ. 2022. V. 817. P. 152864. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.152864.Chakraborty A., Adhikary S., Bhattacharya S., Dutta S., Chatterjee S., Banerjee D., Ganguly A., Rajak P. Pharmaceutical and personal care products as emerging environmental contaminants: pre­valence, toxicity, and remedial approaches // ACS Chem. Health Safety. 2023. V. 30, 6. P. 362–388. DOI: 10.1021/acs.chas. 3c0071.Eldrup E. Significance and origin of DOPA, DOPAC and dopamine-sulfate in plasma, tissue and cerebrospinal fluid // Dan. Med. Bull. 2004. V. 31. P. 34–62.Fick J., Lindberg R.H., Parkhonen J., Arvidsson B., Tysklind M., Larsson D.J. Therapeutic levels of levonorgestrel detected in blood plasma of fish: results from screening rainbow trout exposed to treated sewae effluents // Environ. Sci. Technol. 2010. V. 44 (7). P. 2661–2666. DOI: 10.1021/es903440m.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 // P Roy. Soc. B-Biol. Sci. 2020. V. 287, N 1930. Р. 20201069. DOI: 10.1098/rspb.2020.1069.Kay P., Hughis S.R., Ault J.R., Ashcroft A.E., Brown L.E. Widespread routine occurrence of pharmaceuticals in sewage effluent, combined sewer outflows and receiving waters // Environ. Pollution. 2017. V. 220, Pt. B. P. 1447–1455. DOI: 10.1016/j.envpol.2016.10.087.Learn J.R. Some rivers are so drug-polluted, their eels get high on cocaine // National Geographic. 2018 (https://www.nationalgeographic.co.uk).Mudgal S., De Toni A., Lockwood S., Backhaus K., Sorensen B. Study on the environmental risks of medicinal products: final report. Luxembourg City: Executive Agency for Health and Consumers, 2013. 44 p.Oleskin A.V., Postnov A.L., Cao B. Impact of biogenic amines on the growth of green microalgae // J. Pharm. Nutr. Sci. 2021a. V. 11. P. 144–150. DOI: 10.29169/1927-5951.2021.11.17.Oleskin A.V., Postnov A.L., Cao B. Impact of biogenic amines on the growth of a Chlorella vulgaris culture // J. Pharm. Nutr. Sci. 2021b. V. 11. P. 49–53. DOI: 10.29169/1927-5951.2021.11.07.Qiu J., Vadiveloo A., Mao B.-D., Zhou J.-L., Gao T. Phytohormones as a novel strategy for promoting phytoremediation in microalgae: progress and prospects // J. Environ. Manag. 2025. V. 273. P. 123593. DOI: 10.1016/j.jenvman.2024.123593.Ramakrishna R, Mukherjee S. New insights on neurotransmitter signaling mechanisms in plants // Plant Signal Behav. 2020. V. 15, 6. P. 1737450. DOI: 10.1080/1559232420201737450.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, P. P. E. Freestone. New York: Springer. 2010. P. 17–52.Roshchina V.V., Prizova N.K., Khaibulaeva L.M. Allelopathy experiments with Chara algae model: Histochemical analysis of the participation of neurotransmitter systems in water inhabitation // Allelopathy J. 2019. V. 46 (1). P. 17–24. DOI: 10.26651/allelo.j/2019-46-1-1195.Roshchina V.V., Yashin V.A., Podunai Y.A. Fluorescence in the study of diatom Ulnaria ulna cells // Austin Environ. Sci. 2022. V. 7 (3). P. 107–110.Sehonova P., Svobodova Z., Dolezelova P., Vosmerova P., Faggio C. Effects of waterborne antidepressants on non-target animals living in the aquatic environment: a review // Sci. Tot. Env. 2018. V. 631–632. P. 789–794. DOI: 10.1016/j.scitotenv2018.03.076.Van Alstyne K.L., Ridgway R.L., Nelson A. Neurotransmitters in marine and freshwater algae // Neurotransmitters in Plants: Perspectives and Applications / Eds. A. Ramakrishna, V.V. Roshchina. Boca Raton (FL): CRC Press. 2018. P. 27–36. DOI: 10.1201/b22467-3.Wang J., Wang S. Removal of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) from wastewater: A review. J. Environ. Management. 2016. V. 182. P. 620–640. DOI: 10.1016/j.jenvman.2016.07.049.Zhao Z., Yang H., Feng Z., Huo Y., Fu L., Zhou D. 2022. Role of naphthaleneacetic acid in the degradation of bisphenol A and wastewater treatment by microalgae: enhancement and signaling // Chemosphere. 2022. V. 307. P. 135829. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.135829. Buznikov, G.A., Neurotransmitters in Embryogenesis (Moscow: Nauka, 1987) (in Russian).Buznikov, G.A., “Preneural transmitters as embryogenesis regulators”, Ontogenez [Ontogeny] 38 (4), 262–270 (2007) (in Russian).Dubynin, V.A., Kamensky, A.A., Sapin M.R., Sivoglazov, V.N., Regulatory Systems of the Human Organism (Moscow: Drofa, 2010) (in Russian).Lifshits, V.M., Sidel’nikova, V.I., Laboratory Tests for Healthy People. Reference Values (Moscow: Triada-X, 2004) (in Russian).Matvienko, T.I., Fundamentals of Toxicology. A Course of Lectures (Khabarovsk: TOGU Publ., 2006) (in Russian).Oleskin, A.V., “Interaction of neurotransmitters with microorganisms: implications for aquatic ecosystems”, Priroda [Nature] 6, 61–74 (2024). DOI: 10.7868/S0032874X24070077 (in Russian).Oleskin, A.V., Postnov, A.L., “Neurotransmitters as communicative agents in aquatic ecosystems”, Vestn. Mos. Un-ta. Ser. 16 (Biology) [Mos. Univ. Bull.] 77 (1), 9–15 (2022). DOI: 10.31857/S0555109922060125 (in Russian).Oleskin, A.V., Shenderov, B.A., Rogovsky, V.S., Microbial Sociality and Interaction in the Microbiota-Host System: the Role of Neurotransmitters (Moscow: Moscow University Publishing Co., 2020) (in Russian).Roschina, V.V., Biomediators in Plants: Acetylcholine and Biogenic Amines (Puschino: NTS, 1991) (in Russian).Roschina, V.V., Neurotransmitters as Biomediators and Regulators in Plants (Moscow: Informika, 2010) (in Russian).Tsavkelova, E.A., Klimova, S.Yu., Cherdyntseva, T.A., Netrusov, A.I. “Hormones and hormone-like compounds of microorganisms (a review)”, Appl. Biochem. Microbiol. 42(3) 261-268 (2006).Cao, B., Chivkunova, O.B., Solovchenko, A.E., Lobakova, E.S., Oleskin, A.V., “Impact of neurotransmitters on the fatty acid composition and pigments of the green microalga Scenedesmus quadricauda”, Appl. Biochem. Microbiol. 60 (5) 833–843 (2024). DOI: 10.31857/S0555109924050064.Cao, B., Fedorenko, T.A., Chivkunova, O.B., Solovchenko, A.E., Lobakova, E.S., Oleskin, A.V. “Impact of neurotransmitters on the photosynthetic pigment content of the green microalga Haematococcus lacustris (strains IPPAS H-239 and BM-1)”, Appl. Biochem. Microbiol. 61 (5) 865–871 (2025). DOI: 10.1134/S0003683825601155.Alsenani, F., Wass, T.J., Ma, R., Eltahany, E., Netzel, M.E., Schenk, P.M., “Transcriptome-wide analysis of Chlorella reveals auxin-induced carotenogenesis pathway in green microalgae”, Algal Res. 37, 320–335 (2019). DOI: 10.1016/j.algal.2018.12.002.Aydin, S., Ulvi, A., Bedük, F., Aydin, M.E., “Pharmaceutical residues in digested sewage sludge: occurrence, seasonal variation and risk assessment for soil”, Sci. Total Environ. 817 152864 (2022). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.152864.Chakraborty, A., Adhikary, S., Bhattacharya, S., Dutta, S., Chatterjee, S., Banerjee, D., Ganguly, A., Rajak, P., “Pharmaceutical and personal care products as emerging environmental contaminants: prevalence, toxicity, and remedial approaches”, ACS Chem. Health Safety 30 (6), 362–388 (2023). DOI: 10.1021/acs.chas. 3c0071.Eldrup, E., “Significance and origin of DOPA, DOPAC and dopamine-sulfate in plasma, tissue and cerebrospinal fluid”, Dan. Med. Bull 31, 34–62 (2004).Fick, J., Lindberg, R.H., Parkhonen, J., Arvidsson, B., Tysklind, M., Larsson, D.J., “Therapeutic levels of levonorgestrel detected in blood plasma of fish: results from screening rainbow trout exposed to treated sewage effluents”, Environ. Sci. Technol. 44 (7), 2661–2666 (2010). DOI: 10.1021/es903440m.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”, P Roy. Soc. B-Biol. Sci. 287 (1930) 20201069 (2020). DOI: 10.1098/rspb.2020.1069.Kay, P., Hughis, S.R., Ault, J.R., Ashcroft, A.E., Brown, L.E., “Widespread routine occurrence of pharmaceuticals in sewage effluent, combined sewer outflows and receiving waters”, Environ. Pollution 220 (Pt. B), 1447–1455 (2017). DOI: 10.1016/j.envpol.2016.10.087.Learn, J.R., “Some rivers are so drug-polluted, their eels get high on cocaine”, National Geographic, 2018 (https://www.nationalgeographic.co.uk).Mudgal, S., De Toni, A., Lockwood, S., Backhaus, K., Sorensen, B., Study on the environmental risks of medicinal products: final report (Luxembourg City: Executive Agency for Health and Consumers, 2013).Oleskin, A.V., Postnov, A.L., Cao, B., “Impact of biogenic amines on the growth of green microalgae”, J. Pharm. Nutr. Sci. 11, 144–150 (2021). DOI: 10.29169/1927-5951.2021.11.17.Oleskin, A.V., Postnov, A.L., Cao, B., “Impact of biogenic amines on the growth of a Chlorella vulgaris culture”, J. Pharm. Nutr. Sci. 11, 49–53 (2021). DOI: 10.29169/1927-5951.2021.11.07.Qiu, J., Vadiveloo, A., Mao, B.-D., Zhou, J.-L., Gao, T. “Phytohormones as a novel strategy for promoting phytoremediation in microalgae: progress and prospects”, J. Environ. Manag. 273 123593. DOI: 10.1016/j.jenvman.2024.123593.Ramakrishna, R, Mukherjee, S., “New insights on neurotransmitter signaling mechanisms in plants”, Plant Signal Behav. 15 (6), 1737450. DOI: 10.1080/1559232420201737450.Roshchina, V.V., “Evolutionary considerations of neurotransmitters in microbial, plant, and animal cells”, Microbial endocrinology: Interkingdom Signaling in Infectious Disease and Health (New York: Springer, 2010).Roshchina, V.V., Prizova, N.K., Khaibulaeva, L.M., “Allelopathy experiments with Chara algae model: Histochemical analysis of the participation of neurotransmitter systems in water inhabitation”, Allelopathy J. 46 (1), 17–24 (2019). DOI: 10.26651/allelo.j/2019-46-1-1195.Roshchina, V.V., Yashin, V.A., Podunai Y.A., “Fluorescence in the study of diatom Ulnaria ulna cells”, Austin Environ. Sci. 7 (3), 107–110.Sehonova, P., Svobodova, Z., Dolezelova, P., Vosmerova, P., Faggio, C., “Effects of waterborne antidepressants on non-target animals living in the aquatic environment: a review”, Sci. Tot. Env. 631-632, 789–794. DOI: 10.1016/j.scitotenv2018.03.076.Van Alstyne, K.L., Ridgway, R.L., Nelson, A., “Neurotransmitters in marine and freshwater algae”, Neurotransmitters in Plants: Perspectives and Applications (Boca Raton (FL): CRC Press, 2018) 27–36. DOI: 10.1201/b22467-3.Wang, J., Wang, S., “Removal of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) from wastewater: A review”, J. Environ. Manag. 182, 620–640. DOI: 10.1016/j.jenvman.2016.07.049.Zhao, Z., Yang, H., Feng, Z., Huo, Y., Fu, L., Zhou, D., “Role of naphthaleneacetic acid in the degradation of bisphenol A and wastewater treatment by microalgae: enhancement and signaling”, Chemosphere 307. P.135829. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.135829.