Исторически применение биолюминесценции в токсикологии началось с использования светящихся бактерий, и они до сих пор широко используются. В отличие от классических тестируемых объектов, таких как парамеции, водоросли, дафнии и т.п., анализ в биотестах на светящихся бактериях происходит быстрее (<30 мин). Однако, как и в случае других организмов, светящиеся бактерии имеет много недостатков, связанных с использованием живых объектов. Так, трудности поддерживать стабильное состояние бактериальной культуры во время измерений и при хранении приводят к низкой точности измерения. При этом реакция бактерий на токсичные вещества неоднозначна и выражается как в уменьшении, так и в увеличении интенсивности светоизлучения, что часто приводит к неоднозначной интерпретации результатов. Из-за этих недостатков биотест на светящихся бактериях также не дает надежных результатов. Для решения проблем ферментативного анализа и биотестирования предлагается новый подход к разработке ферментативных биосенсоров, а также биотестов на токсичность. В противовес методам химического анализа, которые занимаются поиском в окружающей среде известных загрязнителей и токсичных веществ и сравнивают их концентрацию с ПДК, предлагаются методы ферментативного биотестирования, позволяющие решить проблему обнаружения неизвестных многочисленных химических соединений в окружающей среде, пищевых продуктах и др. объектах. Ферментативные биотесты дают интегральную оценку качества или загрязнения анализируемой среды и, также как классические биотесты, показывают влияние вредных веществ на функции живых организмов (рыбы, водоросли, растения, дафнии, бактерии и т.д.), но в качестве тест объекта используют ферментативные реакции, отвечающие за биологические функции, например, дыхание, подвижность и т.д. Предложена новая методология комплексного ферментативного биотеста, предусматривающая замену живых организмов, используемых в качестве тест-систем в биотестах, на набор репрезентативных ферментативных систем, составляющих комплексных ферментативный биотест. Каждая из ферментативных систем моделирует, как правило, одну ключевую функцию организма. Выявлены принципы выбора ферментных систем исходя из задач исследования. Определены составы такого теста для исследования загрязнения городских и сельскохозяйственных почв, на основе специфического действия токсикантов на ферменты. Была разработана методология получения иммобилизованных реагентов «Энзимолюм», содержащих в своем составе ферменты и их субстраты для проведения одного измерения, по сути являющихся биологическим модулем биосенсора. Предлагаемые подходы обеспечивают ферментативным биотестам ценовые преимущества, универсальность, высокую чувствительность и точность, быстрый отклик, а реагенты обладают стабильностью и увеличенным сроком хранения. Была разработана экспериментальная ферментативная модель организма (ФМО) как новый комплексный биотест для оценки качества почвы. ФМО используется также для мониторинга природных и промышленных водных экосистем, загрязнения воздуха, а также для анализа качества пищевых продуктом, разнообразных материалов, включая наноматериалы.

Historically, the application of bioluminescence in toxicology began with the usage of luminous bacteria and they are still widely used. As opposed to other test objects such as paramecia, algae, and so on, the luminous bacteria assay is faster (< 30 min). However, as with other organisms, luminous bacteria is petulant. The failure to maintain the stable state of bacterial culture during measurements and storage results in low accuracy of measurement, a clear disadvantage of this method caused by the “petulance”. The bacteria react to the toxic substances either by decreasing or by increasing the luminous intensity, often leading to ambiguous interpretation of results. Because of these shortcomings the luminous bacteria assay didn’t show reliable results. The new approach to develop the bioluminescent enzymatic biosensors, toxicity bioassays and reagents has been described. To solve the problem of how to detect, identify, and measure the contents of the numerous chemical compounds in environmental monitoring, food product monitoring, and medical diagnostics, the bioluminescent enzymatic toxicity assays were proposed, wherein the NAD(P)H:FMN-oxidoreductase +luciferase substitutes for living organisms. The immobilized reagent Enzymolum was introduced to facilitate and accelerate the development of cost competitive enzymatic systems for use in biosensors. Prototype biosensors offer cost advantages, versatility, high sensitivity, rapid response, extended shelf and flexible storage conditions. Due to the coupling with luciferase, it is possible to design new enzymatic bioassays in toxicology and combine them into a set. The set includes key enzymes of metabolic processes such as LDH, trypsin and others. The set of bioluminescent enzymatic toxicity assays was used for monitoring natural and laboratory aquatic ecosystems, soil contamination, as well as for toxicity analysis of pesticides and sanitary assessment of nanomaterials. The new possibilities of enzymatic bioassays are discussed. We are ready to say and discuss the problems which were arising during developing this new approach. At the beginning it was very hard to discuss with our peers use the new perspective as key to our idea. But even now when we win we have problems with understanding of the new approach and wish to show the way and history of developing bioluminescent bioassays from idea to commercial products.