Магистерская диссертация на тему: Комбинированное действие солей тория

Введение

В последнее время остро стоит проблема биологической опасности и, в частности, генетической эффективности малых доз мутагенов. До сих пор не существует единого мнения о наличии или отсутствии "пороговой дозы", хотя факт "пороговой чувствительности клетки" не оспаривается практически никем. При этом наибольшую проблему в разрешении данной задачи представляет взаимная "интерференция" трех отправных точек при формировании генетического эффекта: мощности дозы, времени воздействия мутагена и состояния генотипа. Т.о. зависимость "доза-время-эффект" (Бурлакова, 1994) усложняется даже на предварительном этапе оценки влияния малых доз на биологические объекты, особенно если речь идет о природных популяциях. Не для кого не секрет, что именно малые дозы, в особенности ионизирующие излучения (ИИ), являются источником накопления генетического груза, ведущего к качественным изменениям в генетической структуре популяции и, в итоге, к осуществлению микроэволюционных событий.

Нельзя не обратить внимание и на характер биологического действия мутагена, т.е. на критерий оценки его влияния на организм - физический или химический. Если ИИ, в частности γ-излучение - чисто физический фактор, а тяжелые металлы (ТМ) - химический, то безусловно смешанным действием обладают тяжелые естественные радионуклиды (ТЕРН). Причем генетичес- кий эффект внутреннего облучения, который демонстрируют ТЕРН значительно превышает таковой от внешних источников ИИ при равных поглощенных дозах (Дубинин, 1978; Кузин, 1991 и др.).

Наконец, поскольку эти факторы в природе практически не встречаются и не взаимодействуют в "чистом" виде, то необходимо дать оценку их влияния на живые объекты в сочетаниях друг с другом. К тому же сведения о комплексном действии ТМ, ТЕРН и ИИ в малых дозах крайне скудны.

Генетическая опасность ТМ и ТЕРН, в отличие от токсической, изучена на сегодняшний день недостаточно, и результаты такого рода исследований довольно противоречивы. Особенно мало данных по влиянию этих веществ на генеративные клетки и ткани, отвечающие за возрастание эмбриональной смертности и, особенно, за накопление генетического груза в популяциях. Поэтому несомненную важность приобретают исследования генотоксического действия ТМ, ТЕРН и ИИ на гаметогенез, в особенности на процесс формирования мужских половых клеток как значительно более уязвимых для мутагенных воздействий.

Поскольку в природе в основном приходится сталкиваться с низким и умеренным содержанием ТМ, ТЕРН и ИИ, то при проведении модельных экспериментов по исследованию их генотоксического гонадотропного действия особый интерес вызывает влияние концентраций этих веществ на 1-2 порядка ниже полулетальной дозы для млекопитающих (Левина, 1972), а пролонгированного γ -излучения - на 2-3 порядка (Кузин, 1991). Наиболее популярным объектом в такого рода исследованиях являются лабораторные млекопитающие чистых линий, генетический полиморфизм в лабораторных популяциях сведен к минимуму.

В настоящей работе предпринята попытка исследовать генотоксическое действие свинца и тория (в виде водных растворов нитрата) и пролонгированного γ-облучения малой мощности при формировании сперматогоний и ранних сперматоцитов у самцов мышей линии СВА генетическим и цитогенетическим методами. Таким образом нами изучалась чувствительность половых клеток, находящихся на ранних стадиях сперматогенеза к перечисленным мутагенам в "субвитальных" дозах и концентрациях.

Оглавление

- Введение

- Обзор литературы

- Действие ионизирующего излучения на наследственные структуры

- Действие малых доз ионизирующего излучения на биологические объекты

- Биологическое действие гамма-излучения

- Влияние тяжелых металлов на генетические структуры

- Особенности биологического действия инкорпорированных радионуклидов

- Комбинированное действие факторов различной природы на клеточные структуры

- 1.5. Заключение

- Материалы и методы

- Результаты и обсуждение

- Выводы

- Литература

Заключение

Мутагенчувствительность сперматогенных клеток

Исследования генетических эффектов в процессе гаметогенеза, индуцированного радиацией, позволили определить радиочувствительность разных стадий этого процесса.

При изучении разных видов генетических повреждений (ДЛМ, РЛМ, ПЛМ) было обнаружено, что у самцов мышей половые клетки находящихся на разных стадиях сперматогенеза, располагаются по мере возрастания генетической радиочувствительности в следующем порядке: сперматогонии, сперматоциты, сперматозоиды, сперматиды (Померанцева, Рамайя, 1969).

Причины различной генетической радиочувствительности половых клеток, находящихся на разных стадиях гаметогенеза, еще окончательно не ясны. Результаты исследований позволили предположить, что эти причины обусловлены комплексом факторов: особенностями метаболизма клеток, степенью конденсации хромосом, уровнем насыщения клеток кислородом, относительной продолжительностью стадий ядерного цикла, чувствительностью к летальному эффекту радиации, количеством радиозащитных веществ в цитоплазме, интенсивностью работы системы репарации (Шапиро, 1964).

Сперматозоиды более чувствительные, чем оогонии, т.к. несут генетическую информацию и накапливают генетический груз. В оогониях меньше нарушений, т.к. они сразу закладываются в организме в определенном количестве и более защищены природой. Сперматозоиды являются основным вкладчиком изменчивости. В них часто возникают мутации нейтральные, но бывают неблагоприятные. Поэтому они менее конкурентоспособные при проникновении в яйцеклетку (Ватти, Тихомирова, 1976).

На радиочувствительность половых клеток большое влияние могут оказывать биохимические преобразования, происходящие в процессе гаметогенеза. Так, в сперматидах происходит замещение муцинбогатого гистона соматического типа новым типам гистона, характеризующимся высоким содержанием аргинина (Кузин, 1973).

В половых клетках самцов мышей, подвергшихся воздействию мутагенов или рентгеновских лучей, уровень диссоциации ДНП и денатурации ДНК снижается по мере трансформации сперматогониев в спермоциты и спермии. Эти изменения сопровождаются упрочнением нуклеопротеидного комплекса. (Стаканов, 1977).

При воздействии хемотерапевтических препаратов мутации проявляются в сперматогониях, т.к. они более чувствительны. Клетки на более поздних стадиях развития, когда находятся в процессе мейотического деления более резестентны. Слабо пролеферирующие стволовые сперматогонии проявляют среднюю чувствительность (Messtrich, 1984).

Стволовые сперматогонии при воздействии малых доз гамма-излучений от 0 - 8 Гр являлись в 6 раз более резистентными, чем клетки костного мозга у хомячка.

Таким образом механизмы мутагенного действия ИИ и ТМ на генетические структуры биологических объектов носят различный характер. Нарушения наследственного аппарата при действии этих веществ порознь, как правило, имеют различную природу, однако, механизмы репарации таких повреждений едины, и выход мутаций обусловлен именно способностью клетки компенсировать вред, нанесенный мутагенами. При сочетанном действии ТМ и ИИ часто вступают в силу эффекты протекции и сенсибилизации. При этом большое значение имеют дозы и концентрации (их соотношение) действующих совместно факторов (Витвицкий и др., 1996). В целом же досконально механизмы взаимодействия мутагенов не выяснены.

Список литературы

1. Ауэрбах Ш. Проблемы мутагенеза. М.: Мир. 1978. С. 253-335.

2. Ватти К.В. О зависимости частоты мутации от дозы облучения в связи с чувствительностью примейотических и постмейотических стадий сперматогенеза // Генетика. 1965. №4. С.94-99.

3. Ватти К.В., Тихомирова М.М. Адаптация и мутагенез // Радиационный мутагенез и его роль в эволюции и селекции. М. 1987. С.127-141.

4. Ватти К.В., Тихомирова М.М. Спонтанные и индуцированные радиации ДЛМ у самок и самцов дрозофилы // Исследования по генетике. Л.: ЛГУ. 1976. вып.6. С. 32-44.

5. Верховская А.И. Радионуклиды в организме. М. 1988. С. 20-44.

6. Витвицкий В.Н., Бахитова Л.М., Соболева Л.С., Шевченко В.А. Модификация мутагенных эффектов гамма-излучений солями тяжелых металлов // Известия РАН. Серия биологическая. 1996. №4. С.495-498.

7. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. М. 1972. С. 20-35.

8. Гончаренко Е.И., Кудряшов Ю.Б. Химическая защита от лучевого поражения. М. 1985. С. 24-37.

9. Жестянников В.Д. Репарация ДНК и ее биологическое значение. Л. 1979. 285 с.

10. Зайнулин В.Г. "Доза-эффект" в исследовании эффектов малых доз радиации // Радиочувствительность растений и животных биогеоценозов с повышенным естественным фоном радиации. Сыктывкар. 1988. 93 с.

11. Корогодин В.И. Проблемы пострадиоционного восстановления. М. 1966. С. 50-60.

12. Кудряшов Ю.Б. Лучевое поражение. М. У. 1987. С. 48-60.

13. Кузин А.М. Молекулярная радиобиология клеточного ядра. М. 1973. 208 с.

14. Левина Э.Н. Общая токсикология металлов. Л.: Медицина. 1972. 221 с.

15. Ли Д.Е. Действие радиации на живые клетки. М. 1963. 288 с.

16. Лобашев М.Е Физиологическая гипотеза мутационного процесса // Вестн.ЛГУ 1947. Т.8. №1. С.10-29.

17. Мендельсон Г.И., Сергеева А.С. Исследования генетической детерминированности ДЛМ у дрозофил // Генетика. 1990. Т. 26. №6. 1019 с.

18. Москалев Ю.И. Отдаленные последствия ионизирующего излучения. М.: Медицина. 1991. 300 с.

19. Москалев Ю.И. Современные представления о действии ионизирующего излучения на млекопитающих и проблемы нормирования // Медицинская радиобиология. 1985. №6. С. 66-72.

20. Петин В.Г. Генетический контроль модификации радиочувствительности клеток. М. 1987. 125 с.

21. Плохинский Н.А. Алгоритмы биометрии. М.: МГУ. 1980. 150с.

22. Померанцева М.Д., Рамайа Л.К. Мутагенный эффект излучений разных видов на полове клетки самцов мыши // генетика. 1969. Т.5. №5. С. 103-112.

23. Померанцева М.Д., Рамайя Л.К. Генетический эффект инкорпорированного Сs у самцов мыши у однократном введении изотопа // Радиобиология. Наука. 1993. Т.33. № 1(4). 564с.

24. Ракин А.О. Хроническое действие тяжелых естественных радионуклидов и металлов на генетическую структуру популяций дрозофилы: Дисс… канд. биол. наук. Сыктывкар. 1990. 146 с.

25. Рамайя Л.К., Померанцева М.Д. Изучение мутагенного действия кадмия на половые клетки самцов мыши // Генетика. 1977. Т.13. №1. 89с.

26. Спитковский Д.М. // Радиобиология 1992. Т. 32 вып. 3. С.382-400.

27. Стаканов В.А. Влияние ионизирующей радиации на ДНП и ДНК клеток семеника: Авторефера дис.б.н. Медицина: ин-т биофизики АН СССР. 1972. С. 29.

28. Хансон К.П., Комар В.Е. Молекулярные механизмы радиационной гибели клеток. М. 1985. С. 6-14.

29. Харченко Т.Н., Андреева С.К. Гонадотоксическое действие ацетата свинца в эксперименте на белых крысах // Доклад АН УССР. 1987. Т. 6. № 5. 81с.

30. Шапиро И.И. Генетическое действие малых доз. М.: Наука 1964. С. 131-188.

31. Шварцман П.Я., Анисимов А.И. Изучение механизма инактивации и мутагенеза при действии этилена на половые клетки Drosophila melanogaster. Частота ДЛМ при хранении обработанных сперматозоидов // Генетика. 1973. Т. 9. №3. С. 76-83.

32. Шевченко В.А. Оценка генетического риска облучения популяции человека // Последствия Чернобыльской катастрофы: Здоровье человека / Под ред. Е.Б. Бурлаковой. М. 1996. С. 50-67.

33. Шевченко В.А., Померанцева М.Д. Генетические последствия действия ионизирующих излучений. Наука. 1985. 57с.

34. Adler I.D. Jem-cell sensitet: ly:n mammals // Prog. cein Biol. Res. 1982. 109. Р. 137-148.

35. Craig А.Т., Tuler J.М.R. Combiner Vitragonic and gamma-irradiation оf Е.Coli // I bid. 1997 V. 22. N 15. Р. 415-430.

36. Hesstrich М.L. Biomet Phanmacother. Stage-specificsensitivity оf spermatogonia tо different chematherapeufic drups. 1984. Р. 132-142.

37. Kristiansen Р., Eilertsen S., Einarsdottir Е., Overbo S. Effect modification by inorganic lead in the dominant lethal assay. // Mutat.Res. 1993. V.302. N 1. Р. 33-38.

38. Martins В.J., Raju М.Е. Survival оf cuitured mamalian cells exposet tо ultrasount // Radiat. Environm. Biopbus. 1977. V2, №3. Р.243-250.

39. Soares Е.R., Sheridan W., Segall М. Increased frequencies оf aberrant sperm аs indicators оf mutagenic in mice // Metal. Res. - 1979. - V.64, №1. - Р.27-35.