Суть биотестирования заключается в определении действия токсикантов на специально выбранные организмы в стандартных условиях с регистрацией различных поведенческих, физиологических или биохимических показателей. Биотестирование широко применяется для контроля качества природных и токсичности сточных вод, при проведении экологической экспертизы новых технологий очистки стоков, при обосновании нормативов предельно допустимых концентраций загрязняющих компонентов.
Применение биотестирования имеет ряд преимуществ перед физико-химическим анализом, т.е удается обнаружить неустойчивые соединения или количественно определить сверхмалые концентрации экотоксикантов. особенно важно, что биотестирование дает возможность быстрого получения интегральной оценки токсичности, что делает весьма привлекательным его применение при скрининговых исследованиях.
Тест-организмы обычно выбирают среди наиболее чувствительных к загрязняющим компонентам видов. Воздействие на тест-организм токсиканта должно вызывать ответную реакцию, аналогичную или близкую к реакциям лабораторных животных. Знание механизмов специфического токсического действия позволяет ослаблять или усиливать действие токсиканта с помощью специально подобранных фармакологических средств. Если последние обладают селективностью, то в ряде случаев становится возможным с помощью тест-организмов не только обнаружить токсический эффект, но и произвести групповую идентификацию токсиканта. Усиление действия с помощью фармакологических средств позволяет снизить порог обнаружения токсиканта, не прибегая к его концентрированию (прием, обычный при инструментальном физико-химическом анализе примесей).
Для оценки качества вод с начала 1930-х годов используют дафнию (Dарhпia таgпа). К настоящему времени выполнено множество работ по определению действия на дафнию большинства обнаруживаемых в водных объектах ксенобиотиков. В законодательном порядке этот веслоногий рачок включен в число тест-организмов для оценки качества воды во многих странах мира. Широко используют для биотестирования воды и медицинскую пиявку (Hirudo теdicinalis).
Обнаружение антихолинэстеразных соединений более эффективно может производиться с помощью дафний, которые в сравнении с мышами в 5-18 раз чувствительнее к карбаматным пестицидам и в 1000–75 000 раз чувствительнее к фосфорорганическим соединениям. Методология определения сводится к следующему. Если у дафний, помещенных в пробу тестируемой воды, отмечается 50–100 %-ная гибель, а при помещении в ту же воду с добавленным в нее алкалоидом атропином (известный антидот, м-холинолитик) токсическое действие достоверно снижается, то это свидетельствует о наличии в пробе воды соединения с антихолинэстеразным действием. С другой стороны, добавление в испытуемую воду миорелаксанта дитилина приводит к уменьшению полулетальной концентрации антихолинэстеразных пестицидов: гибель 50 % дафний наблюдается уже при концентрациях пестицидов на уровне 0,05–0,25 ЛК50. Такой эффект позволяет обнаруживать антихолинэстеразные токсиканты при их содержании в нетоксических концентрациях и, что очень важно, регистрировать хроническое воздействие.
В опытах с медицинскими пиявками также была продемонстрирована возможность селективного обнаружения фосфорорганических и карбаматных токсикантов. Кроме дафний и пиявок для биотестирования применяются бактерии, водоросли, высшие растения, моллюски, рыбы (главным образом, на ранних стадиях развития) и другие организмы. Каждый из этих объектов имеет свои преимущества и ограничения, и ни один из организмов не может служить универсальным "тестером", одинаково чувствительным ко всем загрязняющим веществам. С другой стороны, нецелесообразно бесконечно расширять круг биологических тест-организмов.
По чувствительности и степени изученности среди других тест-организмов кроме дафний (D. таgпа, D. ри1ех), выделяются несколько видов микроскопических одноклеточных зеленых водорослей из класса протококковых: сценедесмус, хлорелла и 5–6 видов рыб, как аквариумных, так и мелких аборигенных (голец, гольян). При использовании этих видов биотестированием может быть охвачено более 80 % подлежащих контролю загрязняющих воду химикатов.