Влияние антибиотиков на генетический эффект облучения у млекопитающих впервые было изучено в работе Щао Вэй Ван, Ду Гул, Чтом Хань. Стрептомицин в низких концентрациях (0,5-1 мг/мышь) вызывал уменьшение индукции хромосомных перестроек в половых клетках в среднем на 50 %, а в более высоких (3-5 мг/мышь) был неэффективным в защите от радиомутаций и повысил частоту спонтанных мутаций.
Хлорамфеникол и митомицин С исследовались на мышах. В результате исследований установлено, что хлорамфеникол повышает выход ДЛМ в сперматозоидах более чем на 50 %, не влияя на радиочувствительность сперматид и не оказывая мутагенного действия. В то же время митомицин С оказался мутагеном для всех стадий сперматогенеза и проявил выраженный синергический эффект в сперматоцитах. Поскольку митомицин является ингибитором биосинтеза ДНК, было предположено, что синергический эффект в сперматоцитах является следствием взаимодействия ионизирующей радиации и митомицина во время синтеза ДНК. Показано также, что внутрибрюшинные инъекции митомицина С увеличивают частоту индуцированных облучением мутаций специфических локусов в сперматогониях мышей.
Митомицин С исследовался и на дрозофиле. Результаты показали, что сам антибиотик вызывает высокую частоту мутаций на всех стадиях сперматогенеза. Примененный же перед облучением, митомицин проявляет аддитивное действие. Однако на стадиях поздних сперматид и ранних сперма-тоцитов суммарная часть мутаций уменьшается, а на стадии сперматогониев увеличивается. На основании этого автором сделан вывод, что снижение уровня радиомутаций под влиянием митомицина С, как и актиномицина Д, на стадиях сперматид и сперматоцитов является следствием ингибирования репликации ДНК.
Интересно, что полученный при исследовании митомицина С противоположный результат (синергический эффект на стадии сперматоцитов) автор одной работы также объяснял способностью данного антибиотика ингибировать биосинтез ДНК. В этом случае синергический эффект, по мнению автора, является следствием взаимодействия ионизирующей радиации и митомицина во время синтеза ДНК. При дальнейшем исследовании митомицина С было обнаружено, что он снижает частоту частичных видимых мутаций в 12 локусах, но не влияет на выход полных мутаций такого типа.
Результаты, полученные при испытании антибиотиков в качестве возможных протекторов против генетического действия облучения, трудносопоставимы, так как в большинстве исследований применялись различные методики и, в частности, разные генетические тесты. Но даже в тех редких случаях, когда условия эксперимента были достаточно однородными, результаты оказывались разными (табл. 2,3).
ФЕНОЛЫ
Первые исследования влияния кислорода на генетическую радиочувствительность половых клеток показали, что облучение в кислороде повышает частоту радиомутаций, в то время как аноксия оказывает явное защитное действие. В дальнейшем была тщательно изучена роль кислорода и азота в радиационном поражении клеток, находящихся на различных стадиях сперматогенеза у дрозофилы.
Возможность изменения радиочувствительности зародышевых клеток под влиянием таких факторов, как гипоксия или облучение в кислороде, явилась предпосылкой для исследования некоторых химических соединений - модификаторов метаболизма.
Так, в 1961 г. появилась работа, в которой сообщалось об исследовании ДНФ. Это вещество разобщает дыхание и окислительное фосфорилирование, не прерывая транспорта электронов в дыхательной цепи. При введении ДНФ личинкам дрозофилы двумя способами (скармливание и инъекции) была уменьшена частота рецессивных летальных мутаций, транслокаций и нехваток, индуцируемых облучением в дозе 1000Р в сперматоцитах. В среднем защитный эффект составлял от 50 до 80 %.
Аналогичный эффект, хотя и меньший в количественном отношении, получен в другой работе при исследовании влияния ДНФ. Работа проведена также и на дрозофиле, препарат инъецировали в той же концентрации, изучались также спермато-циты, облученные в такой же дозе 1000 Р. Однако Стегер исследовал частоту ДЛМ и получил уменьшение этого типа радиомутаций на 12 %.
Этот препарат исследовала Абелева Э.А. для выяснения вопроса, не влияет ли он на зрелые половые клетки дрозофилы. Оказалось, что ДНФ эффективно защищает сперматиды (частота рецессивных летальных мутаций снижается на 30 %), но не защищает спермии. Однако в работе Иващенко Н.И. защита спермиев была осуществлена с помощью инъекции 2,4-динитрофенола, причем при увеличении концентрации препарата от 0,15 до 0,30 мкг на муху эффективность защиты увеличивалась с 30 до 50 % . При дальнейшем увеличении концентрации до 0,45 мкг защитный эффект не был обнаружен. Интересно отметить, что ДНФ в концентрации 0,30 мкг на муху оказал защитное действие не только на спермии, но и на радиочувствительные стадии -сперматиды и сперматоциты.
Таким образом, согласно работе Иващенко Н.И. эффективность ДНФ меняется в зависимости от его концентрации. Поэтому отсутствие защиты спермиев в работе Абелевой Э.А. отнюдь не противоречит полученным позднее результатам. Сравнивать эти работы трудно, несмотря на один и тот же объект исследования, одинаковые тесты и дозы облучения. Дело в том, что Иващенко Н.И. использовал инъекции препарата в строго определенной концентрации - от 0,06 до 0,45 мкг на муху, в работе же Абелевой Э.А. препарат скармливался с питательной средой в концентрации 0,5 мг/мл среды, что не дает сведений о количестве препарата, поступившего в организм дрозофилы.
Тем не менее в работах, выполненных по сходным методикам, получены аналогичные результаты. Во всех этих исследованиях показано, что 2,4-динитрофенол защищает от мутагенного действия облучения радиочувствительные стадии дрозофилы, а в работе Иващенко Н.И., кроме того, получено снижение частоты радиомутаций в спермиях.
Исключение составляет работа, выполненная также на дрозофиле, в которой ДНФ оказался неэффективным. Таким образом, некоторые фенолы, такие, например, как ДНФ, способны защищать половые клетки дрозофилы от мутагенного действия ионизирующей радиации (табл. 2.4). К сожалению, в литературе нет сведений о влиянии этого препарата на генетический эффект облучения у млекопитающих.
Противопоказанием применения ДНФ в качестве радиопротектора служит его метаболическая активность, поскольку вещество препятствует окислительному фосфорилированию и является ассимиляторным ядом, так как может заменить' нормальное вещество в физиологических реакциях благодаря химическому сходству с ним. Поскольку проводившиеся более 20 лет (с 1953 по 1975 г.) исследования показали, что традиционные радиопротекторы малоэффективны в защите половых клеток животных от мутагенного действия облучения, поиски антимутагенных препаратов были перенесены в другую область. Внимание исследователей привлекли природные соединения, представляющие интерес по двум причинам. Во-первых, известно, что некоторые виды живых организмов обладают высокой радиоустойчивостью. Следовательно, внутри организма существуют какие-то факторы резистентности. Поскольку в живой природе можно обнаружить такие совершенные формы и реакции, которые-намного превосходят придуманные человеком аналоги, то поиски веществ, „созданных" эволюцией для защиты организма от облучения, могут быть весьма перспективными.
Во-вторых, естественные вещества для организма, даже будучи использованы в больших концентрациях, чем в норме, окажутся менее токсичными по сравнению с синтезированными искусственно.
Все это побудило исследователей обратиться к таким соединениям, как ДНК и ее предшественники, АТФ и т. д.
ВЕЩЕСТВА ЕСТЕСТВЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
В первых работах по изучению предшественников ДНК было показано, что предварительное воздействие нуклеозидов уменьшает частоту радиационно-индуцированных сцепленных с полом рецессивных летальных мутаций в постмейо-тических клетках дрозофилы. Обработка же предмейотических клеток галогеновыми производными пиримидина (5-бромдиоксиуридином и 5-бромдиоксицитидином) увеличила частоту рецессивных летальных мутаций, но не повлияла на выход транслокаций в сперматогониях дрозофилы.
Исследовалось влияние препаратов ДНК на мутагенный эффект ионизиру-ющей радиации в половых клетках самцов мышей. Анализировались частота ДЛМ в пост-мейотических клетках и частота реципрокных транслокаций в сперматогониях. Под влиянием ДНК частота доминантных деталей в ранних сперматидах уменьшилась с 67,0 до 62,1 %. В поздних, наоборот, наблюдалось усиление мутагенного эффекта облучения. В сперматогониях частота транслокаций также возросла с 4,4 до 5,8 %. Более эффективным оказалось использование АТФ в смеси с радиопротекторами. Сообщается о защитной эффективности смеси АТФ с ацетуроном и АЭТ против индукции облучением транслокаций в сперматогониях мышей.
При применении АТФ в смеси с метионином и цистеином получено снижение выхода рецессивных сцепленных с полом летальных мутаций, индуцированных облучением у дрозофилы.
Хороший защитный эффект против генетических повреждений, вызванных облучением у мышей, был показан при использовании АТФ. Влияние смеси АТФ, АЭТ и серо-тонина, вводимой самцам внутрибрюшинно за 8 мин до облучения в дозе 400 Р, изучалось в соотношении 45:3:1. Частота индуцированных реципрокных транслокаций в сперматогониях мышей при этом снизилась примерно в 2 раза (с 8,65 ± 1,2 до 4,05 ± Ц,6 %). При исключении АТФ из смеси наблюдалась лишь тенденция к снижению частоты мутаций. В отсутствие облучения АТФ снижал в 2'раза выход транслокаций, индуцированных смесью АЭТ и серотонина (статистически недостоверно из-за малых величин).
Интересно, что при защите мышей от лучевой гибели вклад АТФ незначителен - защитное действие смеси АТФ + АЭТ + се-ротонин и смеси АЭТ + серотонин одинаково. Таким образом, эти исследования показали, что радиопротекторы АЭТ и серотонин, снижающие смертность облученных животных, малоэффективны против генетического действия радиации и для защиты от индуцированных облучением мутаций могут использоваться вещества, малоспособные повышать выживаемость облученных животных.
Внимание исследователей привлекла антимутагенная активность а-токоферола (витамина Е). Это соединение оказалось способным подавлять мутагенез, вызываемый химическими и физическими мутагенами, вирусами, старением и т. д. Исследовалась радиозащитная эффективность а-токоферола в половых клетках. Самцов дрозофилы, выращенных на среде с витамином Е, облучали рентгеновским излучением и через 24 ч скрещивали с виргиль-ными самками тесторной линии. При этом, если самки выращивались на нормальной питательной среде, снижение выхода рецессивных летальных сцепленных с полом мутаций не обнаруживалось. Если же не только самцы, но и самки вскармливались питательной средой с токоферолом, то частота индуцированных облучением мутаций значительно снижалась. Авторы предположили, что а-токоферол не влияет на образование первичных радиационных эффектов, но модифицирует репарацию предмутационных повреждений, возникающих в зрелых половых клетках самцов и репарируемых после оплодотворения ферментами самки.
Большое внимание уделяется исследованию антимутагенного действия различных растений. Многочисленные позитивные результаты, полученные при испытании антимутагенного действия растений, вызвали интерес к растительным экстрактам и у радиобиологов. В частности, исследовалось влияние фитонцидов чеснока и вытяжки из листьев эвкалипта на мутационный процесс, индуцированный ионизирующей радиацией у дрозофилы. Показано, что использование чеснока не изменило индукции облучением рецессивных летальных мутаций и транслокаций между II и III хромосомами, а вытяжка из эвкалипта оказала хорошее защитное действие против генетического эффекта т- лучей.
Таким образом, поиски эффективных противолучевых ан-тимутагенов продолжаются. Необходимо, чтобы они удовлетворяли трем критериям:
1) стабильности,
2) эффективности
3) нетоксичности.
Однако ни один из известных нам радиопротекторов не удовлетворяет данным критериям. Так, большинство традиционных радиопротекторов, имеющих стабильную химическую структуру, эффективны лишь в высоких токсичных концентрациях, а вытяжки растений практически нетоксичны, но не имеют стабильной химической структуры. Все это требует дальнейших теоретических и экспериментальных исследований с целью поисков оптимальных радиозащитных препаратов.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ МЕЛАНИНОВЫХ ПИГМЕНТОВ
Меланины представляют собой конденсированные фенольные соединения. Они присутствуют в тканях растений, животных и многих микроорганизмов. В организме человека этот пигмент придает окраску волосам, бровям, ресницам, радужной оболочке глаза, коже. В коже животных и человека присутствие и новообразование меланина представляет собой защитную реакцию организма на действие ультрафиолетового излучения.
Под влиянием ультрафиолета интенсифицируется процесс образования меланина из тирозина и других мономеров (загар - защитная реакция организма на воздействие солнечных лучей). Возникновение черной кожи у человека при продвижении первоначальной белой расы в тропические районы произошло, по мнению Ленграйджа, в результате отбора многих мелких мутаций, обусловливающих формирование все более и более темной кожи, что имеет большое адаптивное значение в этих районах.
Образование меланина в организме придает ему устойчивость не только к ультрафиолету, но и ионизирующей радиации.
Так, у многочисленных видов микроскопических грибов, актиномицетов и некоторых бактерий бурые и черные мелани-новые пигменты служат защитой от жестких электромагнитных излучений и являются основной причиной высокой устойчивости пигментированных микроорганизмов не только к ультрафиолетовому (в том числе и коротковолновому), но и к рентгеновскому излучению.
Штаммы микроорганизмов, содержащих меланиновые пигменты, настолько устойчивы к действию солнечного ультрафиолета и космических лучей, что живут и размножаются в высоких слоях атмосферы, горах, пустынях, Арктике и Антарктике - там, где другие микроорганизмы погибают. Меланин в определенных условиях увеличивает выживание даже после абсолютно летальной дозы (ЛД100 ) радиации.
Повышение естественного радиоактивного фона, обусловленное применением радиоактивных веществ, нарушением хранения радиоактивных отходов и т. д., способствует преимущественному развитию темнопигментированных грибов, некоторые из них выживают после облучения почвы дозой 6400 Гр. Имеются сведения о преимущественной встречаемости меланинсодержащих видов грибов в почвенных образцах, отобранных после взрыва атомной бомбы в районе атолла Бикини.
В ряде работ показана повышенная радиоустойчивость черных мышей, а также появление гиперпигментации у белых и серых в результате продолжительного облучения их малыми дозами гамма-лучей.
При сравнении выживаемости гамма-облученных белых и черных штаммов дрожжей также выявлены различия, обусловленные присутствием в клетках черного пигмента меланиновой природы. Клетки трансплантируемой меланомы хомячка, содержащие меланин, в 2 раза более устойчивы к летальному действию радиации, чем такие же клетки, лишенные пигмента.
По данным одной работы, облучение аксолотлей дозами 500, 1500,3000 Р стимулировало процесс меланизации в печени, голове и глазах. Автор указывает, что такая гиперпигментация является защитной реакцией организма на облучение. Аналогичные данные получены и при облучении гипофиза лягушки гамма-лучами: усилилось образование меланинов в меланофорах кожи вследствие выделения интермедина из средней доли гипофиза и изменения обмена тирозина. В первые часы после облучения в тканях облученных животных наблюдается усиление окисления тирозина.
Меланины животного происхождения способны взаимодействовать со многими радиоактивными элементами: цезием, радием, кобальтом, рутением, стронцием, торием, а также с радиоактивными изотопами цинка, кадмия, свинца, хрома, марганца и железа. Было установлено, что меланин эффективно сорбирует ионы различных металлов. Таким же образом меланины грибного происхождения сорбируют ионы Pb, Th, Hg, La, Zn, Cz. По-видимому, аналогичные свойства животного меланина ответственны за преимущественное накопление 226 Ra в пигментированных тканях животных, а также в меланоме. Если в среде концентрация 226 Ra в пегментарных тканях животных, а также меланоме. Если в среде концентрация 226 Ra составляет 25,1 Ки/кг, то в меланоме накапливается до 40-360 Ки/кг.
Как отмечал Н. И. Вавилов, в центрах формообразования растений (центры происхождения растений – по Н.И.Вавилову) преобладают сильно пигментированные формы. Отбор человеком светлоокрашенных форм растений при продвижении их культуры в более северные районы означает, по мнению Щербакова, отбор форм, менее защищенных от мутагенных факторов по сравнению с пигментированными дикорастущими формами.
Очевидно, не случаен тот факт, что ткани растений, окружающие генеративные ткани, окрашены пигментами, которые, вероятно, должны обеспечивать их защиту от мутагенов. Наличие форм с высоким содержанием пигмента характерно для высокогорных областей с повышенным уровнем ультрафиолетовой радиации и космических лучей.
В ряде экспериментов были сделаны попытки использовать меланин для усиления биологической радиорезистентности. В одной работе из гриба Pullularia prototropha было выделено четыре фракции меланина, различающиеся растворимостью в щелочи и этаноле. Две из них оказывали защитное действие при облучении мышей рентгеновским излучением и увеличивали среднюю продолжительность жизни мышей в 1,5 раза. Добавление меланина в питательную среду существенно повышало выживаемость облученных культивируемых клеток соединительной ткани мышей, а внутрибрюшинное введение меланина белым мышам до облучения их в дозе 800 Р, кроме того, значительно увеличивало и продолжительность жизни.
Сведения о влиянии меланина на мутагенное действие радиации до начала наших исследований отсутствовали. Однако установлено, что фенолы могут связываться с ДНК, в частности с тимином. Радиационное повреждение ДНК как раз и начинается с тимина, а меланин способен не только улавливать и обезвреживать свободные радикалы, но и регулировать концентрацию неспаренных электронов. Кроме того, для ряда фенолов (Na-галлат, пропилгаллат, кумарины и катехи-ны) показана антимутагенная активность. В качестве одной из гипотез, объясняющих их антимутагенную способность, предполагается взаимодействие фенолов с функциональными группами ДНК, которое может экранировать важные участки ДНК от действия мутагена или отводить избыточную энергию. Это послужило предпосылкой для исследования способности меланина защищать наследственные структуры организма от индукции радиационных мутаций.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 2.1
Влияние серосодержащих радиопротекторов на мутагенный эффект облучения
| Объект исследования | Концентрация | Время введения вещества до облучения, мин | Доза облучения, Р | Исследованные тесты | Стадии сперматогенеза | Полученный результат | |
| b-АЭТ | |||||||
| Дрозофила | 0,15-0,30 g | 0 | 4000 | РЛМ ДЛМ |
— | Усиление | |
| 0,1 мл | 10 | 3000 | РЛМ | Все стадии | >> | ||
| 0,1% | 5-10 | 3000 | >> | То же | >> | ||
| 0.3g | 2000 | >> | >> | Нет эффекта | |||
0.5% (скармливание) |
1000 | >> | >> | защита | |||
| Мыши | 8 мг/мышь | 10 | 1200 | ДЛМ | Спермии, сператиды, сперматогонии | >> нет эффекта то же |
|
| 50 мг/кг | 15 | 400 | ДЛМ | Спермии сперматиды |
>> защита |
||
| 9 мг/мышь | 15-20 | 600 | >> | Сперматиды Остальные стадии |
Защита Нет эффекта |
||
| 5 мг/мышь | 10-15 | 100 | Хромосомные перестройки | сперматоциты | защита | ||
| 200 | То же | >> | усиление | ||||
| 0,3 мг/г | 10-15 | 400 | ДЛМ | >> | защита | ||
| Остальные стадии | Нет эффекта | ||||||
| Крысы | Не указана | — | 600 | >> | — | То же | |
| Кролики | 0,1-0,001% | 30 | 800 | >> | спермии | >> | |
| АЭМ | |||||||
| Мыши | 0,25 мг/г | 30 | 500 | ДЛМ | — | Нет эффекта | |
| Цестеамин | |||||||
| Дрозофила | 0,25 g | 15 | 2400 | РЛМ | — | То же | |
| ДЛМ | — | >> | |||||
| 0,4 и 1 g | — | 2000 | РЛМ | сперматиды | усиление | ||
| Остальные стадии | Нет эффекта | ||||||
| Транслокации | Все стадии | То же | |||||
| делеции | сператиды | усиление | |||||
| прочие | Нет эффекта | ||||||
| Потеря Х- и Y-хромосом | сперматоциты | усиление | |||||
| Остальные стадии | Нет эффекта | ||||||
| ДЛМ | постмейотические | усиление | |||||
| предмейотические | Нет эффекта | ||||||
| 0,5 g | 1500 | РЛМ | Все стадии | То же | |||
| 1,5 % | 1000 | РЛМ | То же | >> | |||
| 0,25 g | — | 2000 | >> | постмейотические | >> | ||
| транслокации | >> | >> | |||||
| Тутовый шелкопряд | 0,01 % | 0 | 4215 | ДЛМ | — | >> | |
| 8430 | видимые | >> | |||||
| Мыши | 4 мг/мышь | 4-7 | 500 | ДЛМ | Все стадии | >> | |
| 4 мг/мышь | 15 | 600 | >>
29-04-2015, 04:11 Разделы сайта | ||||