Радиация і мутації в людини

Радиация і мутації у человека

Ю. Дуброва, доктор біологічних наук Наследственные ознаки всіх живих організмів є незмінними у часі. Вироблений мільйони років еволюції досконалий механізм ділення клітин і дозрівання статевих клітин не застрахований від власних помилок. Цей механізм помиляється, що призводить до виникнення різноманітних змін — у спадкових особливостях нащадків — мутацій. У цьому у нащадків може змінюватися число чи будова хромосом, як і тонка структура генів.

Воздействие різноманітних чинників довкілля, включаючи радіацію і кілька хімічних сполук, призводить до збільшення частоти мутацій. У 1927 року американський генетик, згодом — лауреат Нобелівської премії Генріх Меллер вперше показав, що опромінення рентгенівськими променями призводить до суттєвого збільшення частоти мутацій у дрозофіли. Ця робота започаткувала новому напрямку в біології - радіаційної генетиці. Завдяки численним роботам, проведеним протягом останніх десятиріч, ми тепер знаємо, що з потраплянні елементарних частинок (?-кванти, електрони, протони і нейтрони) в ядро відбувається іонізація молекул води, які, своєю чергою, порушують хімічну структуру спіралі ДНК. У в цих місцях відбуваються розриви ДНК, що призводить до виникненню додаткових, индуцированных радіацією мутацій.

Как це сумно, але використання атомної енергії у військових і мирних цілях призвело до масовому опроміненню людей. Усім відомі трагедії Хіросіми, Нагасакі і Чорнобиля, коли десятки тисяч чоловік зазнали впливу іонізуючої радіації. З іншого боку, з нашого повсякденні ми часто зіткнулися з радіацією, наприклад, проходячи рентгенологічні обстеження у лікарнях та поліклініках. Виникає природне запитання — які генетичні наслідки впливу радіації на людини?

Первое і по нашого часу єдине широкомасштабне вивчення генетичних наслідків впливу радіації на чоловіка було проведено американськими і японськими дослідниками в Хіросімі й Нагасакі. Ці праці почалися 1946 року, тобто відразу після капітуляції Японії. Вибухи атомних бомб в Хіросімі й Нагасакі сприяли одномоментної загибелі десятків тисяч чоловік і масовому опроміненню выживших. Тоді ефекти радіації були невідомі, тому американське уряд ухвалив рішення про проведення усебічне вивчення наслідків вибухів населенню міст. Тоді, випадково, ув американській армії служив лейтенант медичної служби Джеймс Ніл, який перед війною активно займався генетичними дослідженнями на дрозофілі. Йому доручили наукове керівництво цими роботами, що відразу ж придбали яскраво виражену генетичну спрямованість.

Следует відзначити, що на той час генетика людину, як наука мало існувала. Вчені навіть знали, скільки хромосом в ядрі клітини людини. Тому від початку прийнято рішення досліджувати частоту мертворождений, смертність, пороки розвитку та захворюваність серед нащадків опромінених батьків. Пізніше, принаймні розвитку генетики людини, в дітей віком почали вивчати мінливість хромосом і деяких генів. У остаточному підсумку було проведено колосальна робота з аналізу десятків тисяч нащадків опромінених батьків. Основний результат цих робіт — повну відсутність впливу ефектів радіації на вивчені ознаки. У цьому цього робити отримали вдосталь високі дози опромінення при вибухи бомб. При таких дозах генетичні наслідки радіації виявляються у мишей — найбільш близького до людини організму в радіаційної біології. Чому така вийшло?

Ответ цей питання лежить у самій природі ознак, вивчених у японських дітей. Причина смерті дитину чи його схильності захворювань визначається, говорячи згрубша, або впливом несприятливих чинників середовища (наприклад, інфекція), або наявністю певних генетичних ознак, які негативно позначаються на дитині. Якщо казати про спадкових чинниках, то вона може померти (занедужати) чи завдяки несприятливим генетичним ознаками, успадкованим від своїх батьків, чи оскільки якого є носієм нової шкідливою мутації. Відповідно до сучасним даним, трохи більше 5 відсотках випадків всієї дитячої смертності пов’язані з мутаціями. Припустимо для простоти, що у Японії до вибухів дитяча смертність становила 1 відсоток, а частота мутацій після вибухів зросла 2 разу. І навіть дворазове збільшення частоти мутацій призвело до дуже незначного подовження загальної дитячої смертності, знайти яку практично неможливо. Отже, вивчення дитячої смертності не дає змоги виявити генетичних наслідків впливу радіації в людини.

Помимо смертності і захворюваності, у японських дітей прокуратура вивчила деякі аномалії хромосом і мутації у низці генів. Багато хромосомні мутації дуже шкідливі людини, переважно призводять до загибелі плоду (тобто до викидням), і їх частота дуже низька серед новонароджених. Теоретично, радіація повинна спричинить істотного збільшення частоти хромосомних аномалій в людини, але зрозуміло, що вивчати цей треба серед плодів, а чи не серед новонароджених. Подібні роботи у Японії не проводилися. Що ж до більшості генів, які кодують білки, то частота мутацій у тому числі дуже низька. Треба досліджувати по меншою мірою 100 тисяч дітей, щоб знайти одну мутацію по певному гену. Зрозуміло, що й після вибухів ця частота навіть сильно змінилася, то знайти це можна зробити, вивчивши не десятки (як це було зроблено на реальності), а сотні тисяч дітей.

Если підвести підсумки багаторічних генетичних досліджень, у Хіросімі й Нагасакі, всі вони невтішні. Були витрачено велетенські кошти, у роботі брали участь сотні американських і японських дослідників, а результаті очевидно, що радіаційна генетика людини перебуває у глухому куті. Причина тому — повне відсутність адекватних експериментальних підходів до вивчення генетичних наслідків впливу радіації в людини. Якщо це, треба шукати нові генетичні підходи.

В середині 1980;х у людини тощо живих організмів відкрили новий колектив послідовностей ДНК, що дістали назву минисателлиты. Вони складаються з щодо коротких повторюваних фрагментів ДНК довжиною 10−60 нуклеотидів («літер », у тому числі побудована ДНК), зібраних разом подібно вагонах поїздом. Мутації в минисателлитах приводять до зміни числа повторів, що дуже нагадує роботу сцепщика на залізничної станції, присоединяющего чи отсоединяющего вагони у складі. Найголовніше — ці мутації походять з неймовірної частотою, яка більше ніж у 1000 разів перевищує таку для звичайних генів. Якщо, то вивчивши сотню-іншу дітей, можна знайти в багаторазово більше мутацій серед минисателлитной ДНК, аніж за аналізі сотень тисяч дітей, досліджених щодо генів, які кодують білки. Якщо ж частота мутацій в минисателлитах збільшується при вплив радіації, треба проаналізувати кілька сотень дітей, народжених від опромінених батьків, щоб знайти зміни у частоті мутацій. Якщо минисателлиты настільки перспективні для радіаційної генетики, їх треба використовувати. Ми почали ці роботи у 1991 року. Вони брали участь учені трьох країн — Росії, Великій Британії та Білорусі. Велика частина їх проводилася у Великій Британії, до лабораторій професора Алека Джеффрейза, котра відкрила минисателлиты у середині 80-х років. Спочатку ми перевірили, чи має вплив радіація на минисателлитные мутації у лабораторних мишей. Вивчивши всього 150 нащадків опроміненим тваринам, ми виявили практично дворазове збільшення частоти мутацій вони порівняно з зарплати необлученных мишей. «Усього «означає, що з використанні звичайних генів з низькою частотою мутації, аналогічний результат було отримано на десятках-сотнях тисяч тварин. Якщо, то, по-перше, минисателлиты є чутливими до радіації, а по-друге, вказують виявляти ефекти радіації під час аналізу дуже малої кількості нащадків.

Проведя цю роботу, ми звернулися до людини. Зусиллями наших білоруських колег із НДІ радіаційної медицини в Могильові було зібрано зразки крові від сімей, котрі живуть Могилевської області, що була сильно забруднена радіоактивними ізотопами внаслідок Чорнобильської катастрофи. Усього ми вивчили 127 дітей, народжених у цьому регіоні після Чорнобиля (їх кількість не йде у жодне порівнювати з десятками тисяч дітей, досліджених в Хіросімі й Нагасакі) й виявили, що частота мутацій в них у вдвічі вищий зарплати нащадків необлученных батьків. Інакше кажучи, у результаті роботи було отримані перші експериментальні докази з того що радіація здатна змінювати частоту мутацій в людини. Головне питання — що це. Мутації в минисателлитах нейтральні за своєю сутністю і позначаються життєздатності дітей. Здається — ну нехай вони частота мутацій зростає хоча у сто раз — це немає жодного впливу смертність, і захворюваність. Це, до жалю, негаразд. Збільшення частоти мутацій серед минисателлитов, те що після Чорнобиля, свідчить у тому, що радіація вже призвела до генетичним змін серед нащадків опромінених батьків. Інакше кажучи, процес пішов и, судя з усього, він торкнувся як минисателлиты. Використовуючи наші дані, передбачити наслідки що сталися змін здоров’ю наступних поколінь поки не можна. Теоретично, повинно бути мінімальні. Але вивчати їх треба, вони мають стати предметом серйозного й усебічного дослідження, у наступні роки.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.