146242 (Радиопротекторы), страница 4

Что касается пенициллина, то при дальнейших исследова­ниях оказалось, что он снижает частоту радиомутаций не на всех, а лишь на некоторых стадиях сперматогенеза. При этом в одной работе показано, что пенициллин защищает только сперматиды, а в другой обнаружен радиозащитный эффект этого препарата в спермиях дрозофилы. Оба автора исследовали час­тоту рецессивных летальных мутаций в кольцевой Х-хромосоме. Методика проведения исследований в обеих работах раз­личалась только способом введения веществ в организм - в одном случае инъекции, в другом - скармливание с питатель­ной средой. Это позволило предположить, что разница в полученных результатах объясняется тем, что эффект пени­циллина обусловлен не прямой защитой от облучения, а вто­ричным влиянием на метаболическую активность развиваю­щихся зародышевых клеток. Поэтому для проявления защит­ного эффекта в зрелых спермиях пенициллин должен вводить­ся в организм задолго до облучения, как это происходит при выращивании мух на питательной среде с добавлением в нее препарата.

Наряду с пенициллином исследовались и антибиотики - хлорамфеникол и стрептомицин. Все эти три препарата одинаково (на 30-50 %) уменьшали частоту радиомутаций на стадии сперматид. Однако, по данным некоторых работ, стрептомицин не способен защищать зародышевые клетки дрозофилы от воз­никновения радиомутаций. В этих работах приме­нялись инъекции препарата в близких концентрациях самцам дрозофилы перед облучением их одинаковой дозой 1000 Р и исследовался один и тот же тест - частота рецессивных сцеп­ленных с полом летальных мутаций на всех стадиях спермато­генеза дрозофилы. Кроме того, в одной работе стрептомицин скармливался с питательной средой, но и этот метод не выявил способности препарата уменьшать частоту индуцированных облучением мутаций.

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.