х ёз /лл ин СЫКТЫВКАР 1996 НАУЧНЫЕ Российская академия наук Уральское отделение Коми научный центр ДОКЛАДЫ
Ил
ОО/Р'в /с 6 3 Российская академия наук Уральское отделение Коми научный центр Научные доклады Выпуск 377 в В.Г.Зайнуллин ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ МАЛЫХ ДОЗ РАДИАЦИИ Доклад Общему собранию Коми научного центра УрО Российской академии наук 8 февраля 1996 г. Сыктывкар 1996
УДК 575.224:595.773.4:614.876:621.039.58 055(02)7 В.Г.Зайнуллин. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ МАЛЫХ ДОЗ РАДИАЦИИ. —- Сыктывкар, 1996. — 20 с. (Научные доклады/ Коми научный центр УрО Российской академии наук; Вып. 377). Приводятся результаты выполненных в 1986 - 1994 годах генетических исследований биологических последствий аварии на Чернобыльской АЭС. В докладе представлены результаты цитогенетического обследования "ликвидаторов” и данные генетического анализа ЦгозорЬИа те1апо§а51ег. Предположено, что в основе повышенной мутабильности может лежать дестабилизация генотипа. Существенная роль в индукции дестабилизации генотипа отводится, в частности, механизмам индуцированной "нестабильности генома”. У.С.ЗатиШп. ТНЕ СЕ1ТЕТ1С ЕЕЕЕСТ5 ОЕ ЬОХУ КАШАТКЖ *. — 8ук-- 1уукаг, 1996. — Рр. 20. (8с1еп11Яс Верог1з / Копи 8с1епсе Сеп1ге, Цга1 О1У1з'юп, Аса<1ету оГ 8с1епсез оГ Ни881а; 1взие 377). ТЬе герог! геуеак 1Ье гези11з оГ ^епеНс з1и<Деэ оГ Ыо1о§1са1 сопвециепсез о! СЬег- поЬу1 ИРР ассИепЬз сагпес! оиС 1п 1986 - 1994 уеагз. ТЬе герог! веа] ууИЬ 1Ье гезикз оГ суЮдепеНсз оЬзегуаНопз оГ ”Ьчис1а1огз” ап<1 (.Ье На1а оГ 8епеНс апа1ув1з оГ ОгозорИа те1апоказ1ег. II зиррозеЗ, СЬа1 1Ье Ы^Ьег 1еуе1 оГ ти(.аЬ1Ь1у тау Ье ехр1а!пе<1 т <1ев1аЬ11ггаиоп оГ §епо1уре. ТЬе евзеп11а1 раг! т тНисНоп оГ Белокуре <1ев1аЬШга(.1оп герЬез (Ье &епоте тзГаЬПку тесЬашзтз. Редакционная коллегия М.П.Рощевский (отв. редактор), Н.И.Тимонин (зам. отв. редактора), В.М.Ануфриев (отв. секретарь), А.Е.Ванеев, В.А.Головко, Н.А.Громов, В.А.Де- деев, А.В.Кучин, В.Н.ЛаЖенцев, Н.А.Манов, А.Д .Напалков, Ю.С.Оводов, В.П.Подоплелов, Э.А.Савельева, А.Ф.Сметанин, А.И.Таскаев, М.В.Фишман, Н.П.Юшкин © В.Г.Зайнуллин, 1996 * © Коми научный центр УрО Российской АН, 1996 БИБЛИОТЕКА Коми научного центра Коми научный центр Уро РАН
ВВЕДЕНИЕ При решении вопроса о генетической опасности малых доз ионизирующей радиации основным явлйется принятие или непринятие "понятия” пороговой дозы, т.е. дозы не способной индуцировать мутации. Классической концепцией, основанной на данных многочисленных экспериментов с рядом организмов от микроорганизмов до человека, является признание следующих позиций: 1) частота возникновения индуцированных радиацией хромосомных аберраций пропорциональна квадрату дозы облучения; 2) частота индукции точковых мутаций находится в прямой линейной зависимости от величины дозы; причем для данного типа мутаций наблюдается кумулятивность мутагенного эффекта, т.е. получение при данной дозе одного и того же количества мутаций как при одновременном, так и при фракционированном облучении; 3) с уменьшением дозы возрастает относительное значение точковых мутаций. Из этих положений логически, на наш взгляд, следуют выводы: 1) отсутствие порога мутабильности: самые малые дозы ионизирующей радиации должны индуцировать мутации; 2) хроническое облучение малыми дозами может в результате кумулирования эффекта действия оказывать существенное влияние на возрастание мутабильности; 3) возрастание уровня мутабильности может привести к существенным микроэволюционным событиям. Значения этих выводов нельзя преувеличить. Принятие их нацело исключает возможность признания какой-либо генетически безвредной дозы облучения и выдвигает-необходимость, в отношении человека, разработки мер защиты от облучения даже крайне минимальными дозами. Итак, проблема генетической опасности малых доз радиации приобретает два аспекта: во-первых, проблема изучения механизмов действия малых доз радиации. Разрешение этого вопроса, кроме решения множества прикладных задач, поможет лучшему пониманию процессов эволюции, процессов генотипической адаптации организ- - 3 - Коми научный центр Уро РАН
мов к изменяющейся окружающей среде. Во-вторых, как уже отмечалось, данная проблема обуславливает необходимость исследований, направленных на поиск и изучение механизмов, снижающих генетическую опасность ионизирующего излучения для организмов. Понятно, что проблема ”малых доз” крайне сложна и многогранна. Особое место в ней занимает вопрос определения величины ”малой дозы”. В настоящей работе мы считаем возможным дать определение "малой дозы” как дозы, не приводящей к соматической гибели организма. В исследованиях мы использовали ряд линий и природных популяций дрозофилы. Пр’и решении некоторых проблем, связанных с вопросами биологической дозиметрии, мы применяли данные цитогенетического обследования контингента лиц, привлекавшихся к ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС. 1.РЕЗУЛЬТАТЫ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ ЛИЦ, ПОДВЕРГШИХСЯ ВОЗДЕЙСТВИЮ ОБЛУЧЕНИЯ 14 УГУО Во время ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС ряд работ выполнялся при контактах с высокоактивными источниками излучения, обладающими, нередко, неоднозначными характеристиками. Все это заметно осложняло дозиметрический контроль за работающими. Такое ограничение использованных методов физической дозиметрии обусловило необходимость применения методов биологической дозиметрии. Для целей биологической дозиметрии из клеток организма наиболее перспективными являются лимфоциты периферической крови [15, 16, 34]. Их можно рассматривать как малые дозиметры со случайным распределением по всему телу. Регистрируя индуцированные в них хромосомные аберрации, можно получить достаточно хорошее представление о поглощенной организмом дозе. В литературе имеются данные об эффектах ионизирующей радиации самых различных характеристик на лимфоциты периферической крови 1п улуо и ш уйго и использовании цитогенетического теста в целях биодозиметрии [27, 28, 29, 32, 33]. Большинство этих исследований, однако, имело дело с высокими (свыше 50 сГр) или сравнительно средними (около 5 сГр) дозами. • Биологические эффекты, индуцируемые радиацией, описываются в соответствии с теорией двойного радиационного действия (<1иа1 - 4 - Коми научный центр Уро РАН
гасПаЫоп асНоп) [30]: у — с + аИ + ЬО2, где у=эффект, а,Ь,с = сопз!, Ъ = доза. При крайне малых дозах зависимость ”доза-эффект” должна быть линейной, в соответствии с теорией, поскольку член, содержащий Б2, становится незначительным при малых дозах. Однако линейность в случае малых доз, не основывается на экспериментальных данных. Причина этого заключается в необходимости обобщения большого числа статистически значимых результатов. Исследователи, имеющие дело с радиационной защитой и установлением радиационного риска, обычно экстраполируют эффекты, экспериментально полученные при больших дозах, к прямой линии - при малых дозах. Эта линейная экстраполяция является спорной и имеются как теоретические, так и экспериментальные данные, противоречащие такой линейности [23, 25, 26, 35, 36,37]. Итак, в большинстве работ, посвященных анализу уровня хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови человека, было обнаружено, что зависимость "доза-эффект” в диапазоне малых доз является, по крайней мере, далеко нелинейной. В исследованиях уровня цитогенетических нарушений у воинского контингента, участвовавшего в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, была изучена дозовая зависимость выхода хромосомных аберраций в зависимости от х-арактера облучения с помощью математической модели, разработанной ранее и несколько модифицированной с учетом особенностей настоящего исследования [10> 20]. Условия проведения цитогенетического обследования отражены в работе Зайнуллина с соавторами [11]. у Возможность неоднозначного ответа на хроническое действие малых доз радиации позволило нам предположить неоднозначность в рёакции генотипа человека на радиационный фактор, действующий в лоне аварии на Чернобыльской АЭС. Как нами уже отмечалось [11], при ликвидации последствий аварии участник мог "подвергаться” разным типам облучения. Действительно, участие в работе в условиях различающихся ситуаций приводило к увеличению частоты хромосомных аберраций у обследуемых в 3-6 раз (табл.1). Причем наибольший подъем уровня нарушений был выявлен у лиц, подвергшихся кратковременному облучению. Полученные нами результаты цитогенетического обследования в некоторой степени подтверждаются результатами анализа актив- - 5 - Коми научный центр Уро РАН
Уровень хромосомных аберраций в клетках периферической крови у обследуемых лиц, принимавших участие в ликвидации последствий - аварии на Чернобыльской АЭС Вариант облучения 1 п 1 (х + П1), % Контроль 25 0.3 + 0.11 Кратковременное 36 1.5 + 0.18 Кратковременное-}- пролонгирован ное 9 1.7 + 0.31 Кратковременное двукратное 6 1.3 + 0.44 Фракционированное 39 0.7 + 0.11 Пролонгированное 11 0.8 + 0.26 Табл и ца 2 Активность иммуноглобулинов у обследуемых лиц, принимавших участие в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС Вариант 1 п 1 18 С 1 18 А 11 >8 М Контроль 11.6+0.61 2.0+0.31 0.99+0.27 Кратковременное 36 9.0+0.31 2.5+0.14 0.97+0.07 Кратк.+пролонг. 8 9.0+0.54 2.9+0.52 1.04+0.08 Кратк.дву кратное 6 8.3+0.59 2.0+0.43 1.07+0.16 Фракционированное 28 8.8+0.17 2.5+0.18 1.04+0.09 Пролонгированное 9 9.6+0.55 2.3+0.16 0.82+0.17 ности иммуноглобулинов. Следует отметить, что активность С, характеризующего общее состояние иммунной системы, несколько ниже контрольного уровня (табл. 2). Однако, тот факт, что в качестве контроля были взяты результаты обследования населения' г.Сыктывкара, не позволило нам сделать однозначный вывод об уровне изменения активности иммуноглобулинов у лиц, занятых в ликвидации последствий аварии. Тем не менее, в пользу снижения активности 1§С у "ликвидаторов”, на наш взгляд, свидетельствуют данные об активностях двух других типов иммуноглобулинов, ''отвечающих” за состояние системы раннего противоинфекционпого ответа и "локального” иммунитета слизистых и эпителиальных клеток и соответствующих "контрольному” уровню. Итак, нами обнаружено, что у лиц, занятых в работах по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, при контакте с источниками ионизирующей радиации, частота хромосомных аберраций выше, чем в контроле. Наряду с увеличением уровня нарушений у обследуемых обнаруживаются изменения в активности (возможно эффективности) иммуноглобулинов. Вполне вероятно, чго такое изменение (снижение) активности 1§С коррелируется со снижением уровня защитных свойств организма - на ослабленном фоне - 6 - Коми научный центр Уро РАН
которого и возможна индукция хромосомных аберраций (дицентри- ков и колец) столь низкими (4 - 20 сГр) дозами ионизирующей радиации. Однако против этого предположения свидетельствуют данные о том, что частота хромосомных нарушений при фракционированном и пролонгированном облучении ниже, чем при кратковременном, тогда как'активность иммуноглобулинов практически одинакова для всех обследуемых групп. Возможно, что на отсутствие связи между уровнем облучения и уровнем активности иммуноглобулинов, указывает и тот факт, что при машинной обработке результатов какой- либо связи ” доза-эффект”, в отличие от данных цитогенетического анализа, не обнаружено. Национальный комитет по радиационной защите (НКРЗ) устанавливает для стохастических эффектов, к таким относятся и хромосомные аберрации, беспороговость действия ионизирующей радиации, предполагая тем самым возможность экстраполяции эффектов, измеренных при относительно высоких дозах на область относительно малых доз с помощью монотонных кривых (например, линейной, квадратичной, экспоненциальной). В то же время имеются данные, свидетельствующие о том, что в области малых доз кривая "доза- эффект” для анализируемого показателя может иметь более Сложный, немонотонный характер [25, 27, 33, 34]. Поэтому мы провели расчеты при условии, что величины минимально действующей дозы могут принимать любые положительные (от 0) числа. Результаты аппроксимации моделью данных цитогенетического обследования показали, что модель хорошо описывает данные, так как степень соответствия равна 1, а величина коэффициента прямолинейной корреляции (Кпк) между результатами обследования и аппроксимирующими величинами составила 0.85. Наиболее тесная связь выявлена между значением дозы кратковременного облучения и ее аппроксимирующей величиной (Кпк = 0.7). Значения Кпк для фракционированного и пролонгированного облучений оказались меньшей составили соответственно0.4 и 0.2. Аппроксимирующие величины минимально действующих'доз равны 0.00073 (0.00026-0.0042) сГр для кратковременного облучения, 0.003 (0.00066-0.134) сГр - для фракционированного и 0.0046 (0.0027- 0.46) сГр - для пролонгированного (в скобках даны нижний и верхний пределы изменения величин, Полученных для 10-ти случаев моделирования "зашумленных” экспериментальных данных). Такое различие в аппроксимирующих величинах минимально действующих доз для трех различных вариантов Облучения так же, Как и различие в их эффективности воздействия, по нашему мнению, обусловлено Двумя причинами - влиянием мощности облучения и процессами восстановления. Дозы облучения при проведении аварийных работ не должны - 7 - Коми научный центр Уро РАН
превышать двух предельно допустимых доз (ПДД) и 5 ПДД. Результаты аппроксимации позволяют прогнозировать такие сочетания условий облучения (из трех указанных вариантов), чтобы эффект от их действия не превышал соответствующего эффекта от предельной дозы. После математико-статистического анализа данных оказалось, что величина эффективной дозы при пролонгированном облучении в дозе 2 ПДД (10 сГр) (при Эк = 0, и Эф = 0) оказалась равной 8.4 , при 5 ПДД (25 сГр) - 21 сГр. Дозы кратковременного облучения, соответствующие 10 сГр и 25 сГр пролонгированного облучения, оказались равными 2.1 и 5.3 сГр. Соответствующие дозы фракционированного облучения составили 1.8 и 4.5. Настоящий результат свидетельствует о проблематичности применения показателя хромосомные аберрации для целей биологической дозиметрии, в случае использования необходимо учитывать эффект восстановления (и/или эллиминации). Например, если в качестве калибровочной кривой используется зависимость, полученная в эксперименте с кратковременным облучением, то при предсказании дозы при пролонгированном облучении необходимо оцененную по калибровочной кривой дозу умножить на значение коэффициента перехода от кратковременного облучения к пролонгированному. Согласно результатам моделирования величина коэффициента составила около 5Итак, в результате цитогенетического обследования и последующего решения математико-статистической модели, позволившей проанализировать полученную информацию, нам удалось: 1) с высокой точностью описать данные хромосомного анализа лимфоцитов периферической крови людей, подвергшихся облучению в процессе аварийных работ на Чернобыльской АЭС; 2) дать оценки аппроксимирующим величинам минимально действующих доз гамма-излучения; для кратковременного облучения мощностью дозы до 1000 Р/час ее значение составило 0.0007 сГр, для фракционированного - мощностью дозы до 500 Р/час - 0.003 сГр и для пролонгированного облучения мощностью дозы до 10 мР/час - 0.0046 сГр; 3) показать величину коэффициента перехода от кратковременного облучения к пролонгированному, которая составила приблизительно 5. Коми научный центр Уро РАН
2.РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ И ЛИНИЙ ДРОЗОФИЛЫ, ПОДВЕРГШИХСЯ ХРОНИЧЕСКОМУ ОБЛУЧЕНИЮ МАЛЫМИ ДОЗАМИ В современной радиобиологии достаточно остро стоит проблема биологической эффективности "малых доз радиации”. Анализ данных указывает на сложную зависимость величины эффекта от дозы, причем, как видно, в большинстве случаев выявляются общие закономерности влияния малых доз, независимо от природы действующего агента [1, 18, 19]. По-видимому, универсальность характера зависимости "доза-эффект” можно объяснить ее общебиологической значимостью. Однако до сих пор нет единого мнения о механизмах, утилизирующих повреждения, индуцированные факторами малой интенсивности и реализирующихся на уровне фенотипа в тех или иных реакциях организма на воздействие. Для исследования механизмов действия ионизирующей радиации низкой интенсивности могут быть использованы в качестве тест систем природные популяции и лабораторные линии ОгозоркИа те1апо- §а5(.ег, уникальная способность которых позволяет получить 2-3 поколения за один месяц. Хорошо разработанные методы учета уровней мутаций и иных типов нарушений генотипа, а также относительная легкость содержания дрозофилы в лабораторных условиях позволяют достаточно быстро, в сравнении с другими видами животных, получать разнообразную информацию о генотипе популяций и его изменениях. Цель настоящей работы заключалась в оценке величины генетического груза, индуцированного в линиях разного генотипа и природных популяциях дрозофилы "малыми дозами” радиации. В работе исйользованы природные популяции Бг. гпе1апо§а81ег, отловленные в зоне аварии на Чернобыльской АЭС во второй декаде июля 1987 г. В серии экспериментов материалом служили три линии Огозоркйа те1апо§аз1ег: Сап!оп-8; те1-9а; га<1(2)201С1, достаточно широко используемые при исследовании проблем мутагенеза [7, 38], за исключением линии гас!(2)201С1 (в дальнейшем - гас1). Линия габ, выделенная из природной популяции , характеризуется сверхвысокой соматической радиочувствительностью к у-лучам (100% гибель при облучении дозой 10 Гр), сниженной частотой мейотической рекомбинации, повышенной частотой спонтанного и индуцированного мозаицизма, аберраций хромосом. Эксперименты по оценке частоты рецессивных сцепленных с полом летальных мутаций (РСПЛМ) и аутосомных рецессивных летальных мутаций (АРЛМ) проводили по стандартным схемам с использованием линий тестеров М-5 И Су,Ь/Рт. Хромосому 2 изогени- - 9 - Коми научный центр Уро РАН
зировали по общепринятой схеме с использованием линии Су,Ь/Рт, поэтому в экспериментах использовались особи, не несущие летальных мутаций в хромосоме 2. Учитывали частоту летальных, полулетальных, супервитальных мутаций, индуцированных в хромосомах 1 и 2 хроническим (в течение двух поколений) воздействием стрессирующего фактора: вариант 1 - низкофоновая камера (уровень внешнего фона не превышал 5 мкр/ч), вариант 2 - контрольный вариант (уровень внешнего фона 12-15 мкр/ч), вариант 3-7 мр/ч, вариант 4-20 мр/ч (источником излучения в двух последних случаях служили почвенные пробы из зоны аварии на Чернобыльской АЭС, пробы 1986 г.) Статистическую обработку проводили стандартными методами. В 1987 г. анализ уровня доминантных деталей (ДЛ) и РСПЛМ был проведен в популяции дрозофилы, отловленной в трех километрах от АЭС. Эксперимент был поставлен на сравнительно ограниченной территории в сходных биотопах, но с довольно резкими перепадами мощности экспозиционной дозы гамма- излучения: участок 1 - 10-15 мР/ч, участок 2 - 40-50, участок 3 - 90-100, участок 4 - 150-170, участок 5 - 240 -270 мР/ч. Расстояние на участках между ловушками, которыми послужили стеклянные банкй, наполненные черешней и вишней, не превышало 50-70 м. Ближайший фруктовый сад от опытных участков находился на расстоянии более 1 км. Контролем служили мухи, отловленные в помещении, где мощность экспозиционной дозы по гамма-излучению составляла 0,05 мР/ч (участок 6). Данные этого эксперимента представлены в табл.З, из которой видно, что наибольший уровень ДЛ и РСПЛМ оказался у насекомых с участка 5. Таблица 3 Частота доминантных леталей (ДЛ) и рецессивных, сцепленных с . полом летальных мутаций (РСПЛМ) в популяциях дрозофилы, отловленных в зоне аварии на Чернобыльской АЭС в 1987 г. Показатель 1 Участки отлова I 2 I 3 1 4 Г 5 6 ДЛ РСПЛМ 5.1±1.6 ' 6.4±1.5 4.9±1.0 0.33±0.23 - О 5.2±1.2 ■ 7.5±1.1 4.9±1.1 0.43±0.16 1.1±0.41 0.18±0.10 Сравнение показателей ДЛ и РЛМ, полученных в эксперименте 1987 г., показало, что зависимость между ними и мощностью гаммафона не обязательно монотонна. Если при относительно низком фоне 10-40 мР/ч обнаруживаются повышенные уровни как ДЛ, так и РСПЛМ, то в варианте 3 (90-110 мР/ч) мухи проявили "аномальную инертность” - уровень ДЛ был не отличим от контрольного, а рецессивных мутаций не обнаружено вообще (при п=800). Дальнейшее - 10 - Коми научный центр Уро РАН
Таблица. 4 Число РСПЛМ у самцов лабораторных линий дрозофилы Сап1оп-8, ше1-9, гад Линия Мощность экспозиционной дозы на участке 200 мр/ч| 50 мр/ч Сап1оп-$ 0/691* 0/531 те1-9 2/537 1/414 га<1 2/155 1/85 * - в числителе число хромосом с леталями, в знаменателе - общее число проанализированных хромосом. возрастание уровня радиоактивного загрязнения вновь приводило к увеличению частоты определяемых показателей. В 1989 г. мы проанализировали частоту рецессивных летальных мутаций в 1-й хромосоме у трех линий дрозофилы, экспонированных в зоне радиоактивного загрязнения в течение 10 дней. Эксперимент проводился с тремя различающимися по чувствительности соматических клеток к радиации линиями: СапЬоп-Г, те1-9, га0(2)20Р1. Как видно из полученных данных (табл.4), линия гас! обнаружила наибольший уровень РСПЛМ (аналогичное предположение можно высказать и в отношении мутанта те1-9°), что дает некоторые основания для использования радиочувствительных мутантов в целях мониторинга загрязненной окружающей среды. На основании результатов, полученных в экспериментах 1987,1989 гг., можно сделать вывод о том, что исследованные уровни радиоактивного загрязнения местности после аварии на Чернобыльской АЭС приводят к увеличению в популяциях дрозофилы генетического груза, ” размер ” которого зависит от мощности и величины поглощенной дозы. Причем, как доза, так и мощность излучения могут приводить к "аномальной реакции” в характере дозовой зависимости, о которой еще в 1957 г. писал Н.ЛуЧник [13]. В табл.5 представлены результаты анализа частоты рецессивных сцепленных с полом летальных и полулетальных мутаций у исследу- - емых линий дрозофилы. Видно, что наибольший уровень мутаций в контрольном варианте обнаружился у линии те1-9 (0.8±0.22 против 0.3±0.11 и 0.4±0.15 у линий Сап1оп-8 и гас! соответственно), что вполне объяснимо, учитывая мутаторные свойства локуса те1-9 [24]. Содержание в условиях низкофоновой камеры в течение двух поколений практически не изменяло уровень РСПЛМ (равно и полулетальных 'Му'гаций) у линий Сап1оп-8 и те1-9. Существенно отличалась динамика частоты исследуемых .мутаций у линии га<1. Содержание в условиях низкофоновой камеры (уровень фона в 3-5 раз меньше внешнего) приводило к резкому увеличению частоты рецессивных летальных и полулетальных мутаций (1.2 и 2.2 против 0.4 и 1.3 соответственно). Как нами уже отмечалось, линия гас! значительно отличается по своей радиочувствительности от линий Сап1оп-8 и те1-9 и указанные - 11 - Коми научный центр Уро РАН
Таблица 5 Частота рецессивных летальных мутаций в хромосоме 1 лабораторных линий Пго8орЫ1а те1апоказ1ег Вариант п Летали Полулетали число | (х ± т),% число (х ± т), % Контроль 2701 Сап1оп-8 9 0.3 ± 0.1 19 0.7 ± 0.2 Низкий фон 2973 12 0.4 ± 0.1 26 0.9 ± 0.2 Контроль 1670 теК9а ' 14 0.8 ± 0.2 24 1.4 ± 0.3 Низкий фон 2026 16 0.8 ± 0.2 27 1.3 ± 0.3 Контроль 1738 гай(2)201С1 7 0.4 ± 0.2 22 1.3 ± 0.3 Низкий фон 1340 16 1.2 ± 0.3 29 2.2 ± 0.4 свойства определяются рецессивной мутацией гас!(2)201С1. Вполне , логично предположить, что именно эта мутация и приводит к обнаруженному нами эффекту, т.е. увеличению частоты рецессивных летальных мутаций в условиях низкого уровня внешнего гамма-фона. В то же время было бы некорректно объяснять полученные нами результаты только измененным гамма-фоном. Вероятно, во многом частота мутаций может быть модифицирована измененным внешним электромагнитным полем - низкофоновая камера представляет собой хорошо экранированное сооружение. О том, что это возможно, свидетельствуют данные о влиянии внешнего электромагнитного поля на вторичную структуру ДНК [17]. Вероятно, возможной причиной индукции деталей являются изменения генотипа на фоне индуцированной нестабильности генома в условиях хронического воздействия измененных радиационного и электромагнитного полей. В следующей серии экспериментов мы провели исследования динамики частоты рецессивных летальных мутаций, индуцированных в хромосоме 2 у линий Сап1оп-8 и гас]. Как видно из данных табл.6, уровень АРЛМ в линии Сап1оп-8 не изменяется в трех вариантах эксперимента и только в четвертом - отмечается увеличение частоты мутаций. Сходная реакция зависимости ”доза-эффект” была показана и для линии га<1, за исключением того, что "низкий фон” (вариант 1), равно и как в тесте на РСГ1ЛМ, оказывается "мутагенным” для радиочувствительного мутанта и по тесту АРЛМ. Таким образом, учитывая разную мутабильность хромосом 1 и 2 у исследуемого мутанта и одинаковую реакцию на действие "низкого фона", можно предположить, что реакция организма на действующий фактор во многом определяется общим состоянием клетки, организма, т.е. "низкий фон” приводит к существенным изменениям в состоянии генотипа, что и отражается на уровне летальных мутаций. Хроническое облучение при мощности 20 мр/ч приводит к до- - 12 - Коми научный центр Уро РАН
Таблица 6 Частота рецессивных летальных мутаций в хромосоме 2 лабораторных линий ОгозоркНа те1апо8аз1ег Вариант п Летали Полулетали Супервитали число| ± т),%число|(х ± т),%число| (х ± гл), % Сап1оп-8 Низкий фон 891 7 0.8± 0.3 23 2.6± 0.5 20 2.2± 0.5 Контроль 1481 15 1.0± 0.3 31 2.1± 0.4 39 2.6± 0.4 7мр/ч 903 9 1.0± 0.3 31 3.4± 0.6 29 3.2± 0.6 20мр/ч 1156 18 1.6± 0.4 47 4.1± 0.6 26 2.3± 0.4 га<1(2)201О1 * Низкий фон 1471 30 2.0± 0.4 49 3.3± 0.5 39 2.7± 0.4 Контроль 1560 21 1.4± 0.3 51 3.3± 0.5 46 3.0± 0.4 7мр/ч 862 15 1.7± 0.4 42 4.9± 0.7 35 4.1± 0.7 20мр/ч 435 13 3.0± 0.8 44 10.0± 1.4 23 5.3± 1.1 стоверному увеличению частоты полулетальных мутаций (у линйи Сап1оп-8 в 2 раза, у линии гаф - в 3). Однако при анализе частот супервитальных мутаций, индуцированных в этих же условиях, обнаруживается снижение до контрольного уровня исследуемого показателя у линии Сап1оп-8 и достоверное его увеличение у линии гас1. Итак, хроническое облучение малыми дозами приводит к заметному изменению величины генетического груза (уровня накопленных за два поколения мутаций). Наряду с увеличением частоты мутаций, снижающих жизнеспособность (летальных, полулетальных), возможно увеличение доли супервитальных мутаций, причем такое увеличение у ровня мутаций, приводящих к повышению жизнеспособности, происходит одновременно со значительным снижением плодовитости (для линии га<1 в 3.5 раза). Если снижение плодовитости, рост частоты летальных и полулетальных мутаций с увеличением уровня накопленной дозы у линии га<1 можно объяснить, исходя из ее повышенной радиочувствительности, то причины стабильного роста доли супервитальных мутаций - действием мутации га<1(2)201<31 крайне сложно. Вероятно, одной из причин такой реакции генотипа может быть его дестабилизация, на фоне которой и возможна столь быстрая адаптация организма к воздействиям неблагоприятных факторов окружающей среды. Причиной такой дестабилизации генотипа могут быть мобильные генетические элементы (МГЭ), играющие большую роль в процессах адаптации организмов к быстроизменяющимся условиям окружающей среды [5, 9, 14]. Поэтому нами была предпринята попытка оценить вероятность "индукции МГЭ” хроническим облучением малой интенсивности с помощью широко используемого при изучении "синдрома гибридного дисгенеза” [31] теста на атрофию гонад. Оказалось, что при хроническом облучении мощностью 170 мр/ч (ис - 13 Коми научный центр Уро РАН
точник Еа-226) в течение одного поколения доля атрофии гонад яичников у линии Сап1оп-8 увеличилась до 15±4.3% (у интактной линии атрофия не наблюдалась). Таким образом, можно предположить, что хроническое облучение малыми дозами приводит к дестабилизации генотипа, одним из источников которой является транспозиция мгэ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проблема корректной оценки реакции организма на воздействие факторов окружающей среды является одной из самых противоречивых в биологии. Сложность ее решения во многом определяется постановкой самой задачи - практически невозможно, даже в условиях эксперимента, решить вопрос количественной оценки реакции биологической системы (будь то клетка или популяция) на воздействие фактора малой интенсивности. Причин, определяющих сложность решения этой проблемы, достаточно много: от сложное 1 и в определении величины действующего фактора, до выбора, соответствующего поставленной задаче, метода исследования. Однако решение практических задач энвайронментологии требует создание прочной теоретической основы для оценки величины экологического риска для живых систем от воздействия факторов окружающей среды, действующих в природе во всевозможных комбинациях. Поэтому разработка теоретических основ и критериев и методов оценки реакции организма(ов) на воздействие факторов окружающей среды (как абиотической, так и биотической природы) является необходимой реальностью в биологических исследованиях. Общеизвестно и достаточно хорошо показано, что воздействия факторов окружающей среды низкой интенсивности (малых доз и концентраций^приводят, как правило, к отдаленным последствиям’, имеющим генетическую природу [2, 3, 4, 21 и др.]. Поа-видимому, этот факт может быть решающим в определении целесообразности выбора генетических методов для оценки реакции биологических систем на определенные изменения в состоянии окружающей среды. Оценка величины реакции биологической системы на действие факторов окружающей среды малой интенсивности, как мы уже говорили, крайне сложна. Одна из проблем, с которой в первую очередь сталкивается экспериментатор - это проблема репрезентативности. Во многом решение этого вопросагопределяется количеством изучаемых факторов, а именно: чем больше действующих агентов вовлекается в анализ, тем больше должна быть выборка в исследуемых вариантах эксперимента. И учитывая тот факт, что в экспериментах с малыми дозами (концентрациями) статистически до * - 14 - Коми научный центр Уро РАН
RkJQdWJsaXNoZXIy MjM4MTk=