С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 102
Текст из файла (страница 102)
гл. 8). При всем удобстве микроорганизмов генетическая токсикология ие может ограничиться только ими. Большой практический интерес представляют мутагенные эффекты у многоклеточных животных и в клетках человека. В качестве многоклеточного животного используют дрозофилу, у которой учитывают доминантные летали, нерасхождения и потери хромосом в мейозе, митотический крос- 535 Рис. 21.2. Включение 5-бромдевоксиуридинк (БДУ) в ДНК в зависимости от присутствии БДУ в течение одного (Л) илн двух (Б) циклов репликации: ( — первая ревлваапя», и†вторая реплякапяя синговер и возникновение мутации в соматических клетках.
В последнем случае действуют мутагеном на личинок и изучают мозаичность глаз илн крыльев как результат появления мутантных клонов в ходе дифференцировки имагинальных дисков (см. гл. 16). К числу быстрых тестов с использованием высших растений относится учет хромосомных аберраций в корешках традесканции, Сгер(у, )г(с(а и др. Наиболее адекватной тест-системой должна служить культура клеток человека, в которой учитывают хромосомные аберрации и обмены мела)у сестринскими хроматидами, современный метод анализа которых предложили в 1972 г. А.
Ф. Захаров и Н. А. Еголина. При репликации хромосом лимфоцитов периферической крови человека в присутствии 5-бромде,юксиуридина (БДУ) зтот аналог включается на место тимидина. Если БДУ дают только в течение одного клеточного цикла, то меченой после второго цикла будет только одна хроматида из двух (см. гл. 6), если же БДУ находится в среде в течение двух клеточных циклов, то мечеными к концу второго цикла будут обе хроматиды (рис. 21.'2): одна по обеим комплементарным цепям ДНК, а другая только по одной.
Собственно обнаружить различие хроматид (содержащих тимидин и БДУ) удается только с помощью красителей: азурзозина, красителя Гимза, акридинового оранжевого и др., а также при исследовании флуоресценцин хромосом с БДУ. После окраски акридиновым оранжевым хроматиды, не содержащие брома, светят в зеленой части спектра, а включившие бром — в красной. 536 аам Рис.
2!.3, Обмены между сестринскими хроматидами в клетках яичников китай- ското хомячка (Р. Ретту, 1980): А --спонтаннме; Ь' — при действии 3 1О" М антибиотика вдриамицина в течение 24 ч. клеха хулыиеир им и а м мнит мтх еле~оп их чик ма с 5-еромлезаксиуоиаии > ~!О мк млм, чр«сх«оо Римм 537 Увеличение частоты сестринских обменов при действии какого-либо агента указывает на его генетическую активность (рис. 21.3). В культурах клеток человека учитывают также генные мутации, например, по локусу гимидинкиназы.
Этот эксперимент занимает от двух до пяти недель. Время, необходимое для обнаружения других генетических событий и у других объектов, легко установить, зная их особенности, упомянутые в предыдущих главах. Так, эксперименты с бактериями при качественном или полуколичественном учете генетической активности занимают одну неделю. При количественном исследовании мутагенной активности с применением системы метаболической активации это время увеличивается до 4 — 5 недель. Сходные затраты времени необходимы для работы с грибами: дрожжами и нейроспорой.
Сравнимые сроки требуются для испытаний с использованием дрозофилы (2 — 7 недель) и высших растений. Несмотря на высокую разрешающую способность всех перечисленных тест-систем, наибольшие возможности для экстраполяции получаемых результатов на человека представляют исследования с млекопитающими )п т(то: с мышами, крысами, хомячками.
Это связано со специфичностью действия мутагенов, с разными мутагенными эффектами на соматических и генеративных клетках, а также с различиями соматических клеток (п тйго и ш т(то. Наиболее информативны результаты в тестах на мутагенез в специфическом локусе. Правда, при таком подходе требуется большое число животных, н тем самым резко возрастает стоимость исследований. С учетом этих обстоятельств встает проблема разработки не только чувствительных гесг-систем, которых появляется все больше, но и системы тестов. Многими исследователями предложены различные варианты ступенчатых систем тестирования мутагенов и промутажнов, основу которых составляет скриникг, нли просеивание большого числа веществ на системах, позволякнцих быстро оценить их генетическую активность. Последующие этапы включают все меньшее число агентов, которые исследуются более подробно.
На рис. 21.4 представлен вариант двуступенчатой системы тестов, предложенной Н. П. Бочковым и др., для выявления генетической активности у лекарственных препаратов с учетом характера их применения. Большое значение для оценки последствий загрязнения окружающей среды генетически активными факторами имеет наблюдение за природными популяциями растений„животных и микроорганизмов. Такой постоянный контроль (мониторинг) изменений генетической структуры природных популяций позволяет улавливать изменения и прогнозировать их дальнейшие последствия.
Кроме того, в условиях загрязнения многие из перечисленных систем могут быть использованы в качестве чувствительных биологических дозиметров мутагенной опасности, что особенно отно- КлассиФикация химических вепсесте Реаупьтаты проверки Закпкиеиие Рис. 21.4. Система тестирования лекарственных препаратов с целью выявления нх тенетичесхой активности (по Н.П.
Бочкову, А.Ф, Захарову, В. И. Иванову, 19В4) сится к культурам микроорганизмов с генетическими нарушени- ями систем репарации. 2$.3. Мутагенез н канцерогенез Современные представления о причинах злокачественной трансформации клеток — превращении их в раковые — основано на двух группах фактов. 539 Объекты и методы проверки ЯО+ ЯО+ Первая из них — существование онкогенных вирусов, или ретровирусов, содержащих РНК в качестве генетического материала, ДНК-копии которых могут встраиваться в геном инфицируемой клетки (см.
гл. 10). Результатом этого процесса может быть злокачественное новообразование. Онкогенные вирусы содержат онкоген, экспрессия которого и ответственна за канцерогенез. Этот механизм восходит к вирусо-генетической теории рака, предложенной в 1945 г. советским ученым Л. А. Зильбером. Вторая группа фактов сводится к тому, что разнообразные внешние воздействия на клетки, в большинстве случаев (но не всегда) мутагенные, также могут привести к их превращению в раковые.
Наследственные заболевания человека, связанные с нарушениями репарации (см. гл. 20), сопровождаются повышением мутабильности соматических клеток, судя по хромосомным аберрациям, и тоже характеризуются повышенной частотой злокачественных новообразований. Предположения о мутационной природе канцерогенеза высказываются с начала ХХ в., начиная с работы Т. Бовери (1914). Таким образом, первая группа фактов побуждает искать причину рака в действии генетического материала, вносимого в клетку извне, а вторая — искать генетические причины рака в самой клетке.
Эти подходы обьединяют сведения о том, что в нормальных клетках существует так называемые прогооихогены-- гены, гомологичные онкогенам ретровирусов. Протоонкогены чрезвычайно консервативны и сходны в геномах человека, мыши. дрозофилы и даже дрожжей. Некоторые из пих контролируют нормальное протекание клеточного цикла. Нельзя сказать, что механизм канцерогенеза выяснен, однако наиболее вероятной причиной представляется з;юкачественная трансформация клетки вследствие нарушения экспрессии некоторых ее генов (онкогенов, протоонкогенов) в результате мутационных или модификационных изменений, а также в результате вирусной инфекции.
В свете этих представлений распространение в окружающей среде генетически активных агентов может приводить не только к повышению частоты мутаций, но и к повышению частоты злокачественных новообразований. В связи с этим программы тестирования химических соединений различных физических н биологических факторов предусматривают выявление среди них потенциальных канцерогенов. Учитывая важность этой задачи, в международном масштабе разрабатываются чувствительные тест-системы выявления канцерогенов, координируемые Всемирной организацией здравоохранения и другими международными организациями.
В частности, для выявления канцерогенов используются кратковременные тесты, перечисленные в табл. 2!.3, дополненные прямым испытанием химических соединений иа их способность вызывать злокачественную трансформацию в культурах клеток животных и человека, а также у животных (мыши, крысы, хомяки).
При высоком уровне корреляции (до 90%) мутагенных и канцерогенных свойств химических препаратов определенные трудности возникают в связи с тем, что некоторые канцерогены генетически неактивны, а некоторые активные мутагены не являются канцерогенами. Дальнейшее совершенствование систем тестирования мутагенов н канцерогенов должно способствовать не только обеспечению генетической безопасности человека„но и пониманию механизмов канцерогенеза. 2!.4.
Уме ньшение генетической опасности Все мероприятия по выявления) генетически активных факторов направлены на сведение к минимуму контактов человека с мутагенами. Новые химические соединения и другие генетически активные агенты изымаются из употребления или их применение строго ограничивается. В тех же случаях, когда человек вынужден с ними соприкасаться, необходимо иметь в резерве средства минимизации риска мутационных н канцерогенных изменений. Для этого необходимо знать пути мутагенеза и уметь вмешиваться в этот процесс. Становление мутации — процесс многоэтапный.
В упрощенном виде его можно представить так, как это показано на схеме рис. 21.5. Многие мутагены, попадая в организм, включаются в цепи метаболических превращений и затем могут как активироваться, т.е. приобрести или повысить свою генетическую активность, так и инактивироваться, т. е. потерять ее. Лри этом необходимо учитывать организменные и клеточные барьеры проницаемости и способ попадания соединения в организм: через кожу; дыхательные пути и т.
д. Оказавшись внутри клетки, мутаген взаимодействует с генетическим материалом — с хроматином или непосредственно с ДНК ядра или клеточных органелл. В результате такого взаимодействия в ДНК возникают первичные изменения, которые по мнению одних авторов можно считать предмугационными, а по мнению других эти изменения должны превратиться в предмутационные на следующем этапе. Большинство предмутационных изменений устраняется системами репарации (см. гл. 6.12): конститутивная безошибочная репарация восстанавливает исходную структуру молекулы ДНК, а индуцибельная репарация, склонная к ошибкам, может фиксировать мутационные изменения. Фиксация мутации сопровождается ее фенотипическим проявлением, если мутация доминантна или если она находится в гомозиготе, будучи рецессивной, в отсутствие эпнстатирующих генов или супрессоров в условиях, не вызывающих фенокопии нормы.
Каждый из рассмотренных этапов может быть разбит на более дробные стадии. В ряде случаев есть возможность вмешаться в процесс становления и проявления мутации. Бели начать с последнего этапа — проявления мутации, то фенокалирование нормы — задача медицины и медицинской юнетики, которые способны предотвращать развитие болезни во многих случаях наследственных патологий (гл.
20). Рецессивность, супрессин, ! фенокопии нормы га и яр. Рнс. 2Ь5. Последовательные »тяпы возникновения н орояняения иттвиий. Поясне- ния в тексте Развиваются исследования по ангимутагенезу. Это понятие включает такие воздействия на клетку и организм„которые блокируют или уменьшают вероятность возникновения мутаций. Подобные воздействия могут стимулировать системы инактивацин мутагенов или подавлять системы активации промутагенов, могут стимулировать процессы безошибочной репарации или непосредственно модифицировать мутаген, еотвлекать» его от генетического материала (рис.
2П5). Антимутагеггггогг актггнггггстг,ю обладают рагриоггрогекгиры— соединении, пособи,и: умеиыпать летальный эффект ионизирующей радггаггигг. нреяг.гь ыссггг серггг ггдержагцие аминокислоты; Иистеии, ггистигг, мепн нпп н лр. Обычно ллн кггкклгн г коикрсгшн и мутагена антимутагеннаи нктинность сиеиифнчон. тн югг улннг-т описки антимутагенов. Ггтпетическую активность Л' -.нег гг г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
