alertmedalcalendarfacebookglassesinstagrammailnotes2odnolassnikirssstructuretwittervk
Другие порталы
24 апреля
2018
9:38
133

Поскольку сохраняется потенциальная возможность облучения живых организмов при радиационных авариях, проведении высотных и космических полетов, при использовании источников излучений и радиоактивных материалов в промышленных целях и в медицине, то оценка такого воздействия остается актуальной и в настоящее время. Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН изучают уровень повреждений ДНК в клетках человека и животных под воздействием ионизирующего излучения и веществ, имитирующих такое воздействие, например, перекиси водорода. Результаты их исследований опубликованы в последнем номере журнала Radiation and Environmental Biophysics.

Ионизирующее излучение — это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн или частиц. Источников ионизирующего излучения вокруг нас множество. Окружающая нас природа - один из таких источников: природные радионуклиды рассеянны в земной коре, воздухе и других объектах внешней среды; с развитием научно-технического прогресса вокруг нас появляется все больше искусственных источников ионизирующего излучения. Пущинские радиобиологи изучают, каким образом ионизирующее излучение повреждает ДНК разных животных и человека, как при этом происходит ее восстановление (репарация), и как радиация влияет на стабильность геномов.

Среди различных методов регистрации повреждений ДНК все большее распространение получает метод «комета тест» (метод ДНК-комет, Comet assay), получивший свое название из-за формы клеток с поврежденной ДНК, которую наблюдают под флуоресцентным микроскопом. В процессе электрофореза под действием электрического тока разорванные петли ДНК вытягиваются и визуально напоминают форму кометы. Неповрежденная часть ДНК выглядит как голова этой кометы, за которой тянется хвост из разорванной ДНК. Щелочная версия метода позволяет выявить одно- и двунитевые разрывы, а также участки ДНК с поврежденными основаниями.

Пущинские исследователи провели сравнительные исследования уровня повреждений ДНК клеток из организмов, различающихся по радиочувствительности. Для этого были использованы ядросодержащие клетки из системы крови мыши, крови лягушки и человека после воздействия на них рентгеновского излучения или перекиси водорода. Воздействие перекиси водорода, подобно ионизирующему излучению, приводит к возрастанию уровня повреждений ДНК из-за атак активных форм кислорода. Все эксперименты ученые проводили в условиях in vitro. Кровь лягушки была взята для сравнения с кровью мыши и человека, поскольку лягушек рассматривают в качестве чувствительных индикаторов на загрязнение окружающей среды.

«Такие исследования необходимы для оценки экологических изменений при сравнении с уровнем повреждений ДНК аналогичных клеток животных, обитающих на загрязненных территориях, - рассказывает заведующая Лабораторией радиационной молекулярной биологии ИТЭБ РАН, кандидат биологических наук Кузнецова Елена Ананьевна, - тем более что кровь у представителей разных классов различается по форменным элементам, и не известно, как соотносятся у них уровни повреждений ДНК клеток крови».

Традиционно человек считался наиболее чувствительным к воздействию радиации. Однако, к удивлению ученых, при работе с пробами биологического материала in vitro наибольшие повреждения ДНК регистрировались в клетках крови и селезенки мыши. С чем это связано? Оказывается, отдельные группы форменных элементов крови неоднородны по своей радиорезистентности, и их количество у разных биологических видов различается. Например, радиорезистентных лимфоцитов у мыши примерно на 10 % больше, а количество радиочувствительных примерно на 30 % превышает таковое у человека. Но высокий уровень повреждений ДНК в клетках крови мыши по сравнению с человеком нельзя объяснить только некоторым преобладанием радиочувствительных лимфоцитов, необходимо учитывать и другие факторы, например, работу антиоксидантной системы в клетке. Поскольку повреждающее действие ионизирующих излучений обусловлено, в основном, активными формами кислорода, то эффективно уменьшить их воздействие могут химические модификаторы – антиоксиданты. Хорошо известным внутриклеточным радиопротектором является глутатион, уровень которого в спленоцитах мыши ниже, чем в лейкоцитах человека. Здесь необходимо пояснить, что селезенка мыши является активным кроветворным органом, продуцирующим все форменные элементы, и ее клетки – выделенные спленоциты – фактически форменные элементы разной степени зрелости. Большинство лейкоцитов мыши представлено лимфоцитами. Кроме того, в лимфоцитах человека присутствует другой антиоксидант – аскорбат. Очевидно, что такие различия в уровне антиоксидантов, наряду с некоторыми особенностями обмена веществ также вносят существенный вклад в высокий уровень радиационно-индуцированных повреждений ДНК лейкоцитов крови мыши по сравнению с человеком.

Уровень повреждений ДНК лейкоцитов человека, как ни странно, оказался сопоставим с таковым у клеток крови лягушки, несмотря на разный клеточный состав. Среди клеток крови лягушки по численности преобладают ядросодержащие эритроциты. У человека же эритроциты не содержат ядер, и к ним не применим метод «комета тест». Сразу после облучения уровень повреждений ДНК клеток крови лягушки был сравним с таковым в лейкоцитах человека и почти не изменялся в течение некоторого времени после облучения. «Оказалось, что репарация ДНК в клетках крови лягушек сильно замедлена по сравнению с клетками грызунов или человека, что, по-видимому, обусловлено особенностями обменных процессов и видовой специфичностью ультраструктур клеток крови лягушек, – комментирует исследование Елена Ананьевна Кузнецова. – Давайте предположим, если случается какая-либо авария, связанная с повышением уровня ионизирующего излучения, то можно собрать земноводных вокруг места происшествия, и уровень повреждения ДНК в клетках их крови можно использовать как фактор оценки дозы радиации».

Помимо такого возможного прикладного применения исследований пущинских ученых, их работа имеет фундаментальную значимость: она показала, что уровень индуцированных повреждений ДНК в клетках крови соотносится не с видовой радиочувствительностью, а с составом клеточных популяций и их физиологическими особенностями.