Что такое мутагенный фактор и чем он опасен? Б. Факторы мутагенеза

Спонтанные мутации.

Мутации, помимо качественных свойств, характеризует и способ

возникновения. Спонтанные (случайные) – мутации, возникающие при нормальных

условиях жизни. Спонтанный процесс зависит от внешних и внутренних факторов

(биологические, химические, физические). Спонтанные мутации возникают у

человека в соматических и генеративных тканях. Метод определения спонтанных

мутаций основан на том, что у детей появляется доминантный признак, хотя у

его родителей он отсутствует. Проведенное в Дании исследование показали,

что примерно одна из 24000 гамет несет в себе доминантную мутацию. Ученый

же Холдейн рассчитал среднюю вероятность появления спонтанных мутаций,

которая оказалась равна 5*10-5 за поколение. Другой ученый Курт Браун

предложил прямой метод оценки таких мутаций, а именно: число мутаций

разделить на удвоенное количество обследованных индивидов.

Индуцированные мутации.

Индуцированный мутагенез – это искусственное получение мутаций с

помощью мутагенов различной природы. Впервые способность ионизирующих

излучений вызывать мутации была обнаружена Г.А. Надсоном и Г.С. Филлиповым.

Затем, проводя обширные исследования, была установлена радиобиологическая

зависимость мутаций. В 1927 году американским ученым Джозефом Мюллером было

доказано, что частота мутаций увеличивается с увеличением дозы воздействия.

В конце сороковых годов открыли существование мощных химических мутагенов,

которые вызывали серьезные повреждения ДНК человека для целого ряда

вирусов. Одним из примеров воздействия мутагенов на человека может служить

эндомитоз – удвоение хромосом с последующим делением центромер, но без

расхождения хромосом.

Мутагены - химические и физические факторы, вызывающие наследственные изменения - мутации. Впервые искусственные мутации получены в 1925 году Г. А. Надсеном и Г. С. Филипповым у дрожжей действием радиоактивного излучения радия; в 1927 году Г. Мёллер получил мутации у дрозофилы действием рентгеновских лучей. Способность химических веществ вызывать мутации (действием иода на дрозофилы) открыта И. А. Рапопортом. У особей мух, развившихся из этих личинок, частота мутаций оказалась в несколько раз выше, чем у контрольных насекомых.

Мутагенами могут быть различные факторы, вызывающие изменения в структуре генов, структуре и количестве хромосом. По происхождению мутагены классифицируют на эндогенные, образующиеся в процессе жизнедеятельности организма и экзогенные - все прочие факторы, в том числе и условия окружающей среды.

По природе возникновения мутагены классифицируют на физические, химические и биологические:

Физические мутагены.

Ионизирующее излучение;

Радиоактивный распад;

Ультрафиолетовое излучение;

Моделированное радиоизлучение и электромагнитные поля;

Чрезмерно высокая или низкая температура.

Химические мутагены.

Окислители и восстановители (нитраты, нитриты, активные формы кислорода);

Алкилирующие агенты (например, иодацетамид);

Пестициды (например гербициды, фунгициды);

Некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды, цикламаты);

Продукты переработки нефти;

Органические растворители;

Лекарственные препараты (например, цитостатики, препараты ртути, иммунодепрессанты).

К химическим мутагенам условно можно отнести и ряд вирусов (мутагенным фактором вирусов являются их нуклеиновые кислоты - ДНК или РНК).

Биологические мутагены.

Специфические последовательности ДНК - транспозоны;

Некоторые вирусы (вирус кори, краснухи, гриппа);

Продукты обмена веществ (продукты окисления липидов);

Антигены некоторых микроорганизмов.

Канцерогенез- сложный патофизиологический процесс зарождения и развития опухоли. Изучение процесса канцерогенеза является ключевым моментом как для понимания природы опухолей, так и для поиска новых и эффективных методов лечения онкологических заболеваний. Канцерогенез - сложный многоэтапный процесс, ведущий к глубокой опухолевой реорганизации нормальных клеток организма. Из всех предложенных до ныне теорий канцерогенеза, мутационная теория заслуживает наибольшего внимания. Согласно этой теории, опухоли являются генетическими заболеваниями, патогенетическим субстратом которых является повреждение генетического материала клетки (точечные мутации, хромосомные аберрации и т. п.). Повреждение специфических участков ДНК приводит к нарушению механизмов контроля за пролиферацией и дифференцировкой клеток и в конце концов к возникновению опухоли. Генетический аппарат клеток обладает сложной системой контроля деления, роста и дифференцировки клеток. Изучены две регулирующие системы оказывающие кардинальное влияние на процесс клеточной пролиферации. Протоонкогены- это группа нормальных генов клетки, оказывающих стимулирующее влияние на процессы клеточного деления, посредством специфических продуктов их экспрессии. Превращение протоонкогена в онкоген (ген, определяющий опухолевые свойства клеток) является одним из механизмов возникновения опухолевых клеток. Это может произойти в результате мутации протоонкогена с изменением структуры специфического продукта экспрессии гена, либо же повышением уровня экспрессии протоонкогена при мутации его регулирующей последовательности (точечная мутация) или при переносе гена в активно транскрибируемую область хромосомы (хромосомные аберрации). На данный момент изучена канцерогенная активность протоонкогенов группы ras (HRAS, KRAS2). При различных онкологических заболеваниях регистрируется значительное повышение активности этих генов (рак поджелудочной железы, рак мочевого пузыря и т. д.). Также раскрыт патогенез лимфомы Беркитта, при которой активация протоонкогена MYC происходит в случае его переноса в область хромосом, где содержатся активно транскрибируемые гены иммуноглобулинов.

Функции генов-супрессоров противоположны функциям протоонкогенов. Гены-супрессоры оказывают тормозящее влияние на процессы клеточного деления и выхода из дифференцировки. Доказано, что в ряде случаев инактивация генов-супрессоров с исчезновением их антагонистического влияния по отношению к протоонкогенам ведет к развитию некоторых онкологических заболеваний. Так, потеря участка хромосомы, содержащего гены-супрессоры, ведет к развитию таких заболеваний, как ретинобластома, опухоль Вильмса и др.

Таким образом, система протоонкогенов и генов-супрессоров формирует сложный механизм контроля темпов клеточного деления, роста и дифференцировки. Нарушения этого механизма возможны как под влиянием факторов внешней среды, так и в связи с геномной нестабильностью - теория, предложенная Кристофом Лингауром и Бертом Фогельштейном. Питер Дюсберг из Калифорнийского университета в Беркли утверждает, что причиной опухолевой трансформации клетки может быть анеуплоидия (изменение числа хромосом или потеря их участков), являющаяся фактором повышенной нестабильности генома. По мнению некоторых ученых, ещё одной причиной возникновения опухолей мог бы быть врождённый или приобретённый дефект систем репарации клеточной ДНК. В здоровых клетках процесс репликации (удвоения) ДНК протекает с большой точностью благодаря функционированию специальной системы исправления пострепликационных ошибок. В геноме человека изучено, по крайней мере, 6 генов, участвующих в репарации ДНК. Повреждение этих генов влечёт за собой нарушение функции всей системы репарации, и, следовательно, значительное увеличение уровня пострепликационных ошибок, то есть мутаций.

Мутационная теория канцерогенеза - учение, согласно которому причиной возникновения злокачественных опухолей являются мутационные изменения генома клетки. В настоящее время эта теория является общепринятой. В подавляющем большинстве случаев злокачественные новообразования развиваются из одной опухолевой клетки, то есть имеют моноклональное происхождение. Согласно современным представлениям, мутации, которые в конце концов приводят к развитию опухоли, могут иметь место как в половых (около 5 % всех случаев), так и в соматических клетках.

Успехи современной генетики позволяют подойти к изучению состояния окружающей среды с позиций охраны наследственности, генофонда биосферы. Такому подходу уделяется специальное внимание в Программе ООН по окружающей среде (ЮНЕП), в деятельности Всемирной организации здравоохранения <ВОЗ) и ЮНЕСКО (в программе МАБ «Человек и биосфера», проект 12). По инициативе советских ученых было начато создание центра по генетическому мониторингу, в задачу которого входит и разработка доступных методов для оценки степени воздействия загрязнения окружающей среды на экосистемы и здоровье человека.

Между тем изменения в биосфере, преобразуемой человеком, порождают влияющие на ход генетических процессов неконтролируемые факторы. В числе их и мутационные эффекты, вызываемые загрязнением окружающей среды, приобретающим ныне все большие масштабы.

Основная опасность загрязнения окружающей среды мутагенами, как полагают генетики, заключается в том, что вновь возникающие мутации, не «переработанные» эволюционно, отрицательно повлияют на жизнеспособность любых организмов. И если поражение зародышевых клеток может привести к росту числа носителей мутантных генов и хромосом, то при повреждении генов соматических клеток возможно возрастание числа раковых заболеваний. Более того, существует глубокая связь различных на первый взгляд биологических эффектов.

В частности, мутагены окружающей среды влияют на величины рекомбинаций наследственных молекул, являющихся также источником наследственных изменений. Возможно и влияние на функционирование генов, что может быть причиной, например, тератологических отклонений (уродств), наконец, вероятны поражения ферментных систем, что изменяет различные физиологические особенности организма, вплоть до деятельности нервной системы, а следовательно, сказывается и на психике. Генетическая адаптация популяций человека к возрастающему загрязнению биосферы мутагенными факторами принципиально невозможна. Чтобы исключить или ослабить воздействие мутагенов, прежде всего необходимо оценить мутагенность различных загрязнений на высокочувствительных биологических тест-системах, в том числе и тех, которые могут поступить в биосферу, и если риск для человека доказан, то принимать меры для борьбы с ними.

Так возникает задача скрининга - просеивания загрязнений с целью выявления мутагенов и выработки специального законодательства для регулирования их поступления в окружающую среду. И таким образом, контроль генетических последствий загрязнения в комплексе содержит в себе две задачи: испытание на мутагенность факторов среды различной природы (скрининг) и мониторинг популяций. Применяется и цитогенетическая методика тестирования на культуре ткани растений, животных, лимфоцитах человека. Также и тест с использованием метода доминантных леталей (выявление мутаций, которые вызывают гибель эмбрионов на самых ранних стадиях развития) на млекопитающих, в особенности на мьи. ах. Наконец, используется и прямое тестирование мутаций в клетках млекопитающих и человека как в культуре ткани, так и in vivo.

К абиотическим факторам любой экосистемы относятся ионизирующее излучение и загрязняющие вещества. Токсичность и мутагенность среды - это два взаимосвязанных понятия. Одни и те же факторы среды могут оказывать и токсичное, и мутагенное действие. Токсичное действие проявляется вскоре после контакта с фактором, не более чем через месяц. Оно может выражаться в виде аллергии, ослабления иммунной системы, отравления, развития неврозов, возникновения неизвестных ранее патологий.

Гораздо чаще токсичность среды проявляется в виде устойчивых отклонений от нормального физиологического состояния организма у большого количества людей, которые заняты на вредном производстве или живут в прилегающих к предприятию районах.

Загрязняющие вещества чаще всего - это отходы производства и автомобильного транспорта: сернистый ангидрид, оксиды азота и углерода, углеводороды, соединения меди, цинка, ртути, свинца.

Загрязняющими веществами также могут быть химические соединения, созданные человеком, например пестициды, используемые для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур.

Мутагенность окружающей среды никогда не проявляется сразу после контакта с фактором. Опасность мутагенов для человека состоит в том, что их многократное и длительное контактное действие приводит к возникновению мутаций - стойких изменений в генетическом материале. С накоплением мутаций клетка приобретает способность к бесконечному делению и может стать основой развития онкологического заболевания (раковой опухоли).

Возникновение мутаций - процесс длительный и сложный, поскольку в клетках имеется надежная защитная система, которая противостоит мутационному процессу.

Развитие мутации зависит от дозы мутагена и длительности его действия, а также от того, насколько часто мутаген действует на организм, т.е. от ритма его действия. Процесс развития мутаций может быть растянут на годы.

На первом месте среди воздействий, вызывающих глубокие изменения генетического аппарата, стоит радиация. Наглядный пример мутагенного действия окружающей среды - развитие прогрессирующей лучевой болезни, которая заканчивается смертельным исходом у людей, по­лучивших высокую дозу радиации. Такие случаи встречаются редко. Обычно они обусловлены аварийными ситуациями, нарушением технологических процессов.

Радиационный распад, или явление радиоактивности, связан со способностью атомов отдельных химических элементов испускать частицы, несущие энергию. Основной характеристикой излучения, определяющей степень его воздействия на организм, является доза. Доза - это количество переданной организму энергии. Однако, при одинаковой поглощенной дозе, разные типы излучения могут иметь разный биологический эффект.

Под действием радиоактивного излучения в клетках происходит ионизация атомов и молекул, в том числе и молекул воды, что вызывает цепь каталитических реакций, приводящих к функциональным изменениям клеток. Наиболее радиочувствительны клетки постоянно обновляющихся органов и тканей: костного мозга, половых желез, селезенки. Изменения касаются механизмов деления, наследственного материала в составе хроматина и хромосом, регуляции процессов обновления и специализации клеток.

Радиация как мутагенный фактор вызывает повреждение генетического аппарата клеток: молекул ДНК, изменение кариотипа в целом. Мутации в соматических клетках облученного человека приводят к развитию лейкозов или других опухолей разных органов. Мутации в половых клетках проявляются в последующих поколениях: у детей и более отдаленных потомков человека, подвергшегося облучению. Генетические дефекты мало зависят от дозы и кратности облучения. Даже сверхмалые дозы радиации могут стимулировать мутации, иначе говоря, пороговая доза радиации отсутствует.

Опасность радиационного облучения связана с тем, что органы чувств человека не могут улавливать ни один из видов излучения. Установить факт радиоактивного заражения местности можно только приборами.

Радиационную опасность представляют старые захоронения, относящиеся к тому времени, когда радиационным проблемам еще не уделяли должного внимания. Опасные ситуации могут возникать при утилизации отработанного ядерного топлива от АЭС и атомных подводных лодок, при захоронении радиоактивных отходов, которые образовались после уничтожения ядерного оружия. Кроме того, радиоактивные отходы имеют множество промышленных предприятий, научных и медицинских учреждений

Радиация, связанная с развитием ядерной энергетики, составляет лишь малую долю, порождаемую деятельностью человека. Применение рентгеновских лучей в медицине, сжигание угля, длительное пребывание в хорошо герметизированных помещениях могут привести к значительному увеличению уровня облучения.

Избежать облучения ионизирующим излучением невозможно. Жизнь на Земле возникла и продолжает развиваться в условиях постоянного естественного облучения. Помимо техногенных радионуклидов свой вклад в радиационный фон Земли вносят космическое излучение и излучение от рассеянных в земной коре, воздухе и других объектах природных радиоактивных компонентов.

Мутагенными свойствами обладают не только различного типа излучения, но и многие химические соединения: естественные неорганические вещества (окислы азота, нитраты, соединения свинца), переработанные природные соединения (продукты сжигания угля, нефти, древесины, соединения тяжелых металлов), химические продукты, не встречающиеся в природе (пестициды, некоторые пищевые добавки, промышленные отходы, часть синтетических соединений).

Выраженным мутагенным действием в атмосфере городов обладают оксиды азота (III) и (V), которые при взаимодействии с атмосферной влагой образуют азотистую и азотную кислоты, а также выбросы дизельных двигателей; бензопирен, пыль асбеста, диоксины, - образующиеся при неконтролируемом сжигании твердых бытовых и промышленных отходов.

В составе гидросферы наиболее выраженным мутагенным действием обладают соли тяжелых металлов (никель, марганец) и пестициды.

В почве к числу химических мутагенов относятся соли тяжелых металлов и ме-таллорганических соединений, которыми почва загрязнена вдоль автомагистралей и в районах свалок мусора. Например, свинец - один из максимально опасных загрязнителей почв среди металлов. Он может накапливаться в организме человека, вызывая хронические отравления, проявляющиеся в истощении организма, нарушении работы почек, мышечной слабости, тяжелых расстройствах нервной и кровеносной систем. Употребление в пищу растений, грибов и ягод, собранных вблизи автомагистралей, может привести к пищевому отравлению свинцом, а через несколько лет эффект может проявиться в виде мутации.

В отличие от радиоактивного излучения химические мутагены оказывают действие только при непосредственном контакте с клетками организма. Они могут попасть на кожу, слизистые оболочки дыхательных путей, с продуктами питания оказываться в пищеварительной системе, а затем с питательными веществами перейти в кровь.

МУТАГЕНЕЗ (лат. mutatio - изменение, genes - рождающий) - процесс возникновения в организме наследственных изменений - мутаций.[ ...]

Мутагенез - (по И.И. Дедю, 1989 г.) - процесс возникновения мутаций под воздействием мутагенных факторов (чаще всего внешней среды - физических, химических, реже - биологических). Известны химический и радиационный мутагенез.[ ...]

Мутагенез - процесс образования мутаций.[ ...]

Факторы мутагенеза. К ним из физических воздействий кроме ионизирующего излучения, возможно, относятся электромагнитные поля. Установлено, например, повышение заболеваемости лейкемией у лиц, проживающих длительное время вблизи высоковольтных линий электропередачи. Из сотен тысяч разнообразных химических соединений, поступающих в среду в виде бытовых и производственных загрязнений, около 20% генотоксичны.[ ...]

Мутации и мутагенез. Исследования по изменчивости и селекции микроорганизмов в связи с развитием учения об антибиотиках стимулировало развитие работ по мутагенезу продуцентов витаминов, антибиотиков, ферментов и других биологически активных веществ. Микробиологи-селекционеры привлекали все известные методы изыскания новых форм микроорганизмов с повышенной биохимической активностью. Приспособление бактерий к разрушению нового синтетического органического соединения, не встречавшегося ранее в природе, требует от бактериальных клеток синтеза новых ферментов, т. е. изменения в генотипе. Генотипическая изменчивость наследственна.[ ...]

Химический мутагенез - явление возникновения изменений химической структуры молекул ДНК под действием химических загрязнителей.[ ...]

Индуцированный мутагенез позволяет значительно повысить частоту мутаций, то есть повысить наследственную изменчивость селекционируемого материала. Основной целью его применения в селекции рыб является увеличение генетической изменчивости за счет новых (индуцированных), в том числе и полезных, мутаций.[ ...]

Экспериментальный мутагенез как метод получения ценных форм сельскохозяйственных растений прочно вошел в селекционную практику. Используют как физические, так и химические мутагены. В качестве физических мутагенов чаще всего применяют ионизирующее излучение: гамма, рентгеновское и быстрые нейтроны. Сами селекционеры облучением не занимаются. Его проводят специалисты-физики. Удобнее всего облучать сухие семена. Для различных культур рекомендуют разные дозы облучения. Они должны быть на 15-20 % ниже критических (табл. 4).[ ...]

Экспериментальный мутагенез является способом создания генетического разнообразия растений. Его преимущества заключаются в возможности улучшения отдельных признаков растения без изменения остальных, в создании с помощью мутагенных воздействий новых форм растений, отсутствующих в природе и культуре. Ранее проводившимися исследованиями было установлено мутагенное действие индолилуксусной кислоты (ИУК) на растения. В данном опыте этот мутагенный фактор применялся с целью получения форм ячменя с наследственными изменениями, которые в дальнейшем могут быть использованы в селекции ярового ячменя.[ ...]

Другая особенность химического мутагенеза в опытах с белым толстолобиком заключается в том, что обработка спермы химическими агентами не вызывает значительного увеличения частоты видимых морфологических аномалий среди сеголетков. Даже для таких эффективных мутагенов, как НММ и НЭМ, количество аномальных особей составляет 1,5-3,0 %.[ ...]

Если применяется индуцированный мутагенез, ведут каталог мутантных популяций.[ ...]

Метод химического индуцированного мутагенеза применялся, например, при работах с казахстанским карпом. Эти соединения, избирательно воздействуя на ДНК хромосом, повреждают ее, что может привести к возникновению мутаций.[ ...]

Индуцированный (искусственно вызываемый) мутагенез - это возникновение наследственных изменений в результате воздействия на организм особыми агентами - мутагенами. В зависимости от природы мутагена различают радиационный и химический мутагенез.[ ...]

Популяции для отбора создаются путем гибридизации, мутагенеза и полиплоидизации, а при выведении самоопылениых линий - с помощью инбридинга. Образцы, которые вовлекаются в гибридизацию или подвергаются мутагенезу, полиплоидизации, инбридингу (а иногда как популяции непосредственно служат для отбора), выбирают среди коллекции образцов, представляющих исходный материал для селекции, после их изучения. В современной селекции преобладает индивидуальный отбор. Отбирают из популяции отдельные растения или соцветия (колосья, метелки). Как правило, при работе с зерновыми культурами за отбором в поле следует глазомерная браковка по качеству зерна в лаборатории. Потомства отобранных растений испытывают в течение нескольких поколений. Испытания заключаются в оценке урожайности и других хозяйственно важных свойств образцов. После каждого испытания большую часть потомств бракуют, а остальные снова оценивают. С каждым новым испытанием возрастает количество семян, появляется возможность увеличить площадь делянки, а с определенного момента - ввести повторность. Таким образом, точность опыта повышается.[ ...]

У многолетних октоплоидных форм пшеницы (2и = 56) методом искусственного мутагенеза нами получен ряд интересных форм: у неполегающего М 115 - № 6 (102), у М 990 - № 15/46, № 15/41 и др. Даже при сильных ветрах и затяжных холодных дождях вегетационного сезона 1976 г. у этих селекционных номеров полегания не было. В группе многоцветковых мутантов число зерен на один колосок колебалось от 4,0 до 5,8, в то время как у контроля (исходные сорта) число зерен на колосок, как правило, было 2,0-2,5. Отдельную очень важную группу составляют формы с повышенным содержанием белка в зерне. Если у исходных сортов в среднем за ряд лет содержание белка было 15.0-16,5%, то у некоторых новых форм - на 3-5% больше. У лучших линий протеина в зерне содержится более 20%.[ ...]

В работе сформулирована следующая точка зрения на эту проблему в случае мутагенеза: мутагенное воздействие не имеет порога; противодействие защитных систем клеток слабым воздействиям приводит к инактивации, удалению данного вещества и залечиванию повреждений; ответная реакция организма на воздействие также не имеет порога в самом широком диапазоне воздействий; появление выраженного патологического признака имеет порог, он возникает только тогда, когда исчерпаны защитные возможности клеток и организма.[ ...]

Мутационные изменения снижают жизнеспособность организма в 1-2-кратном соотношении со скоростью гаметного мутагенеза. Наряду с прямым канцерогенным эффектом - мутациями, нарушающими взаимодействие клеточных клонов в процессе их роста и трансформации, происходит нарушение контрольных функций гормональной и иммунной систем, на фоне которого возрастает риск злокачественных новообразований как хемотоксичной, так и вирусной этиологии. Мутагенез, сопровождающий встраивание вирусной частицы в клеточный геном, также может возрастать вследствие иммунной недостаточности организма, появления новых штаммов вирусов или того и другого.[ ...]

Способность культур к детоксикации усиливается путем их адаптации к пестицидам, а также в результате химического мутагенеза. Методами генной инженерии производят микроорганизмы-мутанты, способные эффективно разрушать ксенобиотики. Кроме того, не следует сбрасывать со счета самоочищение почв в результате деградации пестицидов различными путями: чисто химическое разрушение, фотоокисление, вымывание, улетучивание, детоксикация при участии животных и растений. Однако основным процессом биодеградации пестицидов является микробиологическое разложение и трансформация.[ ...]

Способ создания популяцийЪо многом зависит от культуры. Так, яри работе с ячменем хороший результат дает и гибридизация, и мутагенез. В селекции пшеницы широко используется гибридизация, а автополиплоидия не имеет перспективы. Напротив, у ржи ав-тополиплоиды представляют селекционную ценность.[ ...]

Известно, что при постоянном употреблении воды с повышенным содержанием нитратов (свыше 150 мг/л) нарушается обмен веществ, усиливается мутагенез, вызывающий тяжелую болезнь - токсический цианоз (метгемоглобинемия). Особенно страдают от этой болезни дети.[ ...]

Однако вопрос о пороговости эффекта воздействия не столь ясен, если речь идет не о токсическом воздействии какого-либо вещества, а о химическом или радиационном мутагенезе.[ ...]

Изучение изменчивости патогенных бактерий привело к открытию вакцин и созданию современных методов диагностики инфекционных заболеваний. Использование экспериментального мутагенеза позволило созвать высокоактивные расы и мутанты продуцентов антибиотиков. Литература по изменчивости кишечных бактерий (Г. П. Калина и Д. Г. Кудлай ), дрожжей (В. И. Кудрявцев ), анаэробных целлюлозных бактерий (М. Н. Ротмистров ) позволяет считать исследования в этой области очень важными. Нельзя сомневаться, что исследования по изменчивости и селекции микробов, разрушающих синтетические загрязнители промышленных стоков, окажутся не менее плодотворными.[ ...]

Биохимические способы наиболее перспективны. Здесь имеются два направления: воздействие на внутриклеточные пути окисления,- без затрагивания генетической основы клетки, и направленный мутагенез с созданием культур бактерий с заданными свойствами. Уже получены многообещающие результаты в исследованиях по обоим направлениям, однако исследования еще не закончены и не вышли из стадии лабораторного эксперимента.[ ...]

Увеличение концентраций нитратов в подземных водах неблагоприятно влияет на здоровье человека, вызывая отрицательное действие на сердечно-сосудистую систему, нарушение обмена веществ, усиление мутагенеза и т. д. Особенно неблагоприятно влияние нитратов на детский организм, вызывающее тяжелую болезнь - метаглобиномию.[ ...]

Отмечена возможность отдаленных последствий для организма при применении пестицидов. Этим обусловлена необходимость тщательного изучения влияния указанных соединений на деление клеток млекопитающих. Канцерогенез, мутагенез и тератогенез могут явиться нежелательными последствиями воздействия как самих синтетических органических соединений, так и их метаболитов.[ ...]

Действие ядовитых (токсичных) соединений на гидробионты проявляется в зависимости от их концентрации. При больших концентрациях ядовитых соединений наступает гибель гидробионтов, при малых - изменяются обмен веществ, темп развития, мутагенез (наследственные признаки), потеря способности к размножению и др. Так как отдельные популяции (например, зоопланктон) очень чувствительны к токсичным веществам, то уже небольшие концентрации последних вызывают гибель отдельных популяций, что влияет на биоценоз в целом.[ ...]

На рис. 1 представлено распределение детей-носителей различных видов хромосомных аберраций. У большинства детей, проживающих в чистых районах (контрольная группа), обнаружены одиночные хроматидные фрагменты-аберрации, характерные для спонтанного мутагенеза, и только 2 ребенка (12,5%) являлись носителями парных хромосомных фрагментов. Видно, что самая высокая доля лиц-носителей простых аберраций хромосомного типа (парных фрагментов, центромерных разрывов, делеций) выявлена в группе детей 1982 начало 1986 г. р., получивших в момент аварии высокую дозовую нагрузку на щитовидную железу (зарегистрированная доза составляла 200 Бэр и выше). Доля детей-носителей парных фрагментов, центромерных разрывов, делеций в группах внутриутробно облученных детей и детей, родившихся после аварии в 1987-92 гг., несколько выше, чем группах детей 1982- начало 1986 г. р., (с необлученной щитовидной железой) и 1994-2000 г. р.[ ...]

Как показали работы с казахстанским карпом, у потомков первого поколения после мутагенного воздействия наблюдается повышенная фенотипическая изменчивость по многим количественным признакам, в том числе и по массе тела. Применение индуцированного мутагенеза целесообразно при сильном истощении генетической изменчивости в селекционируемом стаде.[ ...]

Специальные генетические методы. В отличие от традиционных такие методы предполагают прямое воздействие на механизм наследственности, ведущие к изменению структуры отдельных генов, хромосом и генотипы в целом. К таким методам относятся: индуцированный мутагенез, индуцированный гиногенез, и андро-генез, регуляция пола, получение стерильных рыб и др. Перспективы использования таких методов на рыбах связаны с биологическими особенностями последних и прежде всего с высокой плодовитостью и внешним оплодотворением.[ ...]

Сравнение некоторых изометимеров (метилаз, узнающих идентичные нуклеотидные последовательности) позволило в вариабельных участках выделить схожие последовательности, которые, как предполагается, ответственны за узнавание субстрата . Таким образом, вариабельность специфичности метилаз обеспечивается комбинациями узнающих участков в главном остове, в котором сосредоточены узлы связывания Адо-мет и введения СН3-группы в 5-ое положение цитозина.[ ...]

Рост численности населения, «демографический взрыв». Ресурсный кризис: земельные ресурсы (почва, минеральные ресурсы), энергетические ресурсы. Возрастание агрессивности среды: загрязнение вод и атмосферного воздуха, рост патогенности микроорганизмов. Изменение генофонда: факторы мутагенеза, дрейф генов, естественный отбор.[ ...]

Предполагалось исследования биоты проводить на биоценотическом (состав биоты, ее изменения, функциональная жизнедеятельность и биологическая продуктивность), видовом (динамика популяций индикаторных видов), физиологическом (фотосинтез, дыхание, рост, размножение) и молекулярно-генетическом (мутагенез, тератогенез) уровнях. Эти исследования должны быть тесно связаны с наблюдениями за абиотической составляющей биосферы.[ ...]

Из всего вышесказанного следует, что в работе с белым толстолобиком основное внимание должно уделяться гибридизации. Однако на успех гибридизации будет влиять недостаток исходного селекционного материала. В устранении этого «узкого места» может оказаться полезным такой генетический прием, как индуцированный мутагенез.[ ...]

Пока еще трудно говорить о влиянии техногенного превышения естественного фона радиации на биоту экосферы. Мы еще не знаем, как может сказаться на биоте океана разгерметизация затопленных контейнеров с радионуклидами и реакторов затонувших подводных лодок. Во всяком случае можно предполагать некоторое повышение уровня мутагенеза.[ ...]

На земном шаре практически не осталось территорий с первозданной природой, чистых естественных растительных сообществ. Ускоряются сукцессии, элементом которых стало полное исчезновение растений или переход их в категорию редких и исчезающих видов. Повышение антропогенной нагрузки ведет к усилению процессов гибридогенеза, мутагенеза, канцерогенеза, влияющих на мировой генетический фонд. Так, многие из основных зерновых культур в развитых странах имеют ограниченную генетическую базу, наблюдается генетическая эрозия видов. В результате опустынивания, сведения лесов, прежде всего дождевых, уменьшения гетерогенности экосистем, снижения супрессивности почв человек может потерять многие виды, так и не узнав об их существовании и роли, которую они играли.[ ...]

Ростовые вещества необходимы для формирования биоценозов активного ила, усиления биохимической активности бактерий, разрушающих разнообразные загрязнения, а также для поддержания оптимальных условий, влияющих на биохимическую активность микроорганизмов. Важны они и для выделения и селекции новых штаммов микроорганизмов с высокой специфической активностью . Ростовые вещества активных илов изучают в экологическом, биохимическом и генетическом аспектах, особенно при использовании мутагенеза для получения высокоактивных культур бактерий-деструкторов . Указанные вопросы подробно освещены в специальных исследованиях .[ ...]

Известно, что сильным мутагенным действием па ДНК обладает N-метил-К -нитро-]М-нитрозогуанидин. Зингер и Френкель-Конрат показали, что это соединение легко инактивирует РНК ВТМ; частота мутаций при этом оказывается очень низкой. Интактные вирусные частицы инактивируются этим соединением значительно медленнее, а частота мутаций при этом высока. Химический механизм мутагенного действия этого соединения не установлен. В водной среде происходит метилирование гуанина в положении 7, но, по-видимому, не эта реакция лежит в основе мутагенеза .[ ...]

Огромный материал по влиянию радиации на растительность дало исследование последствий радиационных аварий на Южном Урале и в Чернобыле (обзор см. Sokolov, Krivolutsky, 1998). Хотя изученные там уровни радиационной нагрузки во много раз превышают обычно существующие в окрестностях АЭС, некоторые общие закономерности, обнаруженные на этих радиационной сильно загрязненных территориях приложимы и к территориям с малыми уровнями загрязнений. Оказалось, что на загрязненных территориях (и в соответствующих экспериментах) уровень спонтанного мутагенеза у всех изученных видов растений (определяемый по наличию аномальных хромосом) всегда заметно отличается (Шевченко и др., 1993). Об этом же говорят и данные по сельскохозяйственным растениям (обзор см. Пристер и др. 1991). Мутации у растения традесканция возникали при облучении в дозе всего 2,5 мГр (Sparrow et al., 1972).[ ...]

Переходя от экотипов к еще более детальному анализу популяционных структур, биологи приобретают все больший навык выявления связанной с отбором изменчивости внутри небольших локальных популяций. Такая изменчивость известна как полиморфизм. Точнее говоря, генетический полиморфизм - это «сосуществование в пределах одного и того же местообитания двух или более отчетливо различимых внутривидовых форм, причем в таких соотношениях, что постоянное присутствие редчайшей из этих форм не может быть отнесено только на счет непрерывного мутагенеза и иммиграции» (Рог [ ...]

Различия в числе геномов накладывают отпечаток на приспособляемость и устойчивость вида в меняющихся условиях окружающей среды. Увеличение числа генов, рекомбинаций и особенно гетерозигот-ности, вероятно, способствует более энергичному развитию и лучшей приспособляемости. Полиплоиды - чукучановые и некоторые карповые (карп, серебряный карась, усач) - по сравнению с диплоидными представителями родственных таксонов отличаются большими размерами, дольше живут, у них выше экологическая приспособляемость. В свете этих данных находит объяснение другая особенность химического мутагенеза в опытах с белым толстолобиком, связанная с реализацией большинства нарушений, вызванных мутагенами в эмбриональном периоде.[ ...]

Под влиянием всех указанных факторов - химических, физических и биологических - микроорганизмы изменяют свои свойства. У бактерий могут изменяться форма отдельных особей и колоний, биохимические свойства, спорообразование, гшгментообразование, бродильная активность, патогенность и т. д. В настоящее время установлено, что изменчивость бактерий - это химический процесс, происходящий на молекулярном уровне. Изучая изменчивость различных микроорганизмов, исследователи научились управлять этим процессом, создавая виды бактерий, обладающие нужными человеку свойствами. Согласно современным взглядам, наследственная передача новых свойств происходит при воздействии различных факторов, например рентгеновских лучей, на определенный участок нуклеиновой кислоты, являющейся носителем, наследственности в клетке. Этот участок нуклеиновой кислоты изменится и новое свойство будет передано по наследству последующим поколениям бактерий. Такой процесс называется направленным мутагенезом .

Родентициды характеризуются различной токсичностью. Например, антикоагулянт варфарин относительно безопасен для негрызунов, т.к. токсичность зависит от частоты его приема. В то же время одни из самых эффективных родентицидов натрия фторацетат и фторацетамид чрезвычайно токсичны для человека.

Стрихнин, ядовитый алкалоид , все еще изредка используемый в качестве пестицида, является причиной случайных отравлений. Его действие связано с повышением нервной возбудимости, что приводит к тяжелым судорогам, обусловленным блокадой тормозных нейронов, медиатором которых является глицин.

Другие родентициды включают белый или желтый элементарный фосфор. Фосфид цинка реагирует с водой и кислотой в желудке и вызывает образование чрезвычайно ядовитого фосфина. Сульфат таллия - очень опасный химикат, действующий на все виды грызунов, поэтому его применение строго регулируется во многих странах.

Гербициды в основном обладают низкой токсичностью по отношению к человеку, однако могут быть причиной смерти. Диоксин и его производные, встречающиеся в гербицидах в виде примеси, являются побочным продуктом производственных процессов с использованием хлора (например, изготовление бумаги). Некоторые эпидемиологические исследования с участием людей показывают, что диоксин в высоких концентрациях обладает низкой токсичностью, а другие - что он может быть канцерогенным и тератогенным фактором.

Некоторые замещенные динитрофенолы , используемые для уничтожения сорняков, вызывают отравления человека динитроортокрезолом. Краткосрочная токсичность динитрофенола обусловлена разобщением окислительного фосфорилирования. Смерть или выздоровление наступают в течение 24-48 час.

Один из самых распространенных в мире гербицидов - паракват - является причиной многих случайных или суицидальных отравлений. Он поражает легкие, печень и почки. Тяжесть латентных легочных поражений требует проведения срочных лечебных мероприятий. Многие другие гербициды обладают относительно низкой токсичностью.
Фунгициды являются гетерогенной группой химических веществ, и некоторые из них широко исследуют на токсичность. Дитиокарбаматы обладают тератогенной и/или канцерогенной активностью.

Канцерогенез и мутагенез

Известно, что химические вещества , такие как винилхлорид, бензол и нафтиламин, вызывают рак у человека при длительном воздействии. Правительство США опубликовало список из 250 потенциальных канцерогенов, которые являются продуктами химического синтеза или были получены непреднамеренно. Этих веществ следует избегать.

Целые популяции подвергаются воздействию канцерогенов. Известные примеры включают сигаретный дым, который содержит множество веществ, вызывающих рак. Постоянное потребление этанола увеличивает риск рака пищевода и печени. Сжигание угля приводит к загрязнению пищи канцерогенными полициклическими ароматическими углеводородами (канцерогенные углеводороды обнаружены в угольной смоле). Некоторые пищевые продукты содержат натуральные канцерогены (растительного и грибного происхождения), и этим отчасти, вероятно, объясняются региональные различия в частоте определенных форм рака, обнаруженные в мире.
Для многих профессий на протяжении последних 150 лет была обнаружена связь с достаточно специфическими видами рака.

В настоящее время установлены очевидные факторы риска и устранены те рабочие места, которые не обеспечены адекватной защитой. В других случаях причинные связи между профессией и риском рака признаны лишь возможными, поскольку формально должны быть представлены доказательства присутствия канцерогенов. Известно, например, о чрезвычайно высокой частоте рака у пожарных.

Химический канцерогенез включает несколько стадий. Большое значение имеет природа , а также продолжительность, доза и частота воздействия. Химическая индукция рака включает процессы инициации, активизации и прогрессирования.

Инициация (инициирующими агентами) представляет собой процесс превращения нормальных клеток в опухолевые, обусловленный воздействием канцерогенного вещества на ДНК. Ряд дополнительных реакций участвует в превращении трансформированных клеток в злокачественные. У животных химические активаторы повышают частоту опухолей или уменьшают латентный период опухолевого роста, хотя сами не действуют непосредственно на ДНК и не вызывают мутаций.

Мутация - это нарушение последовательности цепочки ДНК, которое может изменить клеточный фенотип. Спонтанный мутагенез происходит постоянно за счет неизвестных механизмов. Клетки обладают собственными защитными и восстановительными механизмами, которые обычно предотвращают появление таких мутаций. Однако мутагены способны в 10-1000 раз повысить скорость мутагенеза и преодолеть клеточные механизмы защиты. Весьма вероятно, что мутации вызывают рак в клетках с дефицитом ферментов, восстанавливающих ДНК, либо в клетках, в которых клеточное деление протекает настолько быстро, что ДНК полностью не восстанавливается. По-видимому, многие раковые опухоли начинаются как обычная мутация или являются наследственными.

Действие химических канцерогенов может быть либо генотоксическим, либо эпигенетическим. Генотоксические канцерогены ковалентно связываются с ДНК и вызывают генетические мутации. Мутагенетический потенциал можно определить с помощью ряда тестов, например теста Эймса на бактериальную мутагенность. Генотоксические канцерогены, в свою очередь, можно подразделить на подклассы в зависимости от того, подвергаются ли они биотрансформации для активации или нет. Большинство генотоксических канцерогенов на самом деле являются проканцерогенами, или агентами, зависимыми от активации. Типичные проканцерогены - нитрозамины.

Эпигенетические канцерогены усиливают эффекты генотоксических проканцерогенов за счет следующих механизмов:
увеличения эффекторной концентрации генотоксина;
усиления метаболической активации генотоксина;
снижения детоксикации генотоксина;
ингибирования восстановления ДНК;
усиления пролиферации клеток с поврежденной ДНК.

Опухолевые активаторы повышают канцерогенную активность после воздействия генотоксина. Действие форболовых эфиров, являющихся активаторами опухолей, осуществляется через активацию протеинкиназы С. Мощный опухолевый активатор - диоксин. Иммуносупрессивные средства также являются эпигенетическими канцерогенами, которые подавляют иммунную систему и тем самым способствуют канцерогенезу.

Генетическая опасность загрязнения окружающей среды мутагенами

Все факторы мутагенеза могут быть разбиты на 3 вида: физические,

химические и биологические.

Среди физических факторов наибольшее значение имеют ионизи-

рующие излучения. Ионизирующие излучения делят на:

электромагнитные (волновые), к ним относят рентген-лучи с длиной

волны от 0, 005 до 2 нм, гамма-лучи и космические лучи;

корпускулярные излучения - бета-частицы (электроны и позитро-

ны), протоны, нейтроны (быстрые и тепловые), альфа-частицы (ядра ато-

мов гелия) и др. Проходя через живое вещество, ионизирующие излучения

выбивают электроны из внешней оболочки атомов и молекул, что ведет к

их химическим превращениям.

Различные животные характеризуются различной чувствительностью

к ионизирующим излучениям, которая колеблется от 700 рентген для че-

ловека до сотен тысяч и миллионов рентген для бактерий и вирусов. Иони-

зирующие излучения вызывают, в первую очередь, изменения в генетиче-

ском аппарате клетки. Показано, что ядро клетки в 100 тыс. раз чувствитель-

нее к радиации, чем цитоплазма. Значительно чувствительнее к радиации не-

зрелые половые клетки (сперматогонии), чем зрелые (сперматозоиды). ДНК

хромосом наиболее чувствительна к действию радиации. Развивающиеся из-

менения выражаются в генных мутациях и перестройках хромосом.

Показано, что частота мутаций зависит от общей дозы радиации и

прямо пропорциональна дозе облучения.

Ионизирующие излучения действуют на генетический аппарат не

только прямо, но и косвенно. Они вызывают радиолиз воды. Возникающие

при этом радикалы (Н + , ОН–) оказывают повреждающее действие.

К сильным физическим мутагенам относятся ультрафиолетовые УФ-лучи

(длина волны до 400 нм), которые не ионизируют атомы, а только возбуждают

их электронные оболочки. В итоге в клетках развиваются химические реакции,

которые могут приводить к мутации. Частота возникновения мутаций увели-

чивается с увеличением длины волны до 240–280 нм (соответствует спектру

поглощения ДНК). УФ-лучи вызывают генные и хромосомные перестройки,

но в значительно меньшем количестве, чем ионизирующее излучение.

Гораздо более слабым физическим мутагеном является повышенная

температура. Повышение температуры на 10 увеличивает частоту мутации

в 3–5 раз. При этом возникают в основном генные мутации у низших орга-

низмов. На теплокровных животных с постоянной температурой тела и че-

ловека этот фактор не влияет.

Химические мутагены насчитывают множество разнообразных ве-

ществ и их список непрерывно пополняется. Самыми сильными химиче-

скими мутагенами являются:

- Алкилирующие соединения: диметилсульфат; иприт и его произ-

водные - этиленимин, нитрозоалкил-нитрометил, нитрозоэтилмочевина и

др. Иногда эти вещества являются супермутагенами и канцерогенами.

Вторую группу химических мутагенов составляют аналоги азоти-

стых оснований (5-бромурацил, 5-бромдезоксиуродин, 8-азогуанин, 2-

аминопурин, кофеин и др.).

Третью группу составляют акридиновые красители (акридин жел-

тый, оранжевый, профлавин).

Четвертую группу составляют разные по строению вещества: азо-

тистая кислота, гидроксиламин, разные перекиси, уретан, формальдегид.

Химические мутагены могут индуцировать как генные, так и хромо-

сомные мутации. Они вызывают больше генных мутаций, чем ионизи-

рующие излучения и УФ-лучи.

К биологическим мутагенам относят некоторые виды вирусов. Пока-

зано, что большинство вирусов человека, животных и растений индуциру-

ют мутации у дрозофилы. Допускается, что молекулы ДНК-вирусов пред-

ставляют мутагенный элемент. Способность вирусов вызывать мутации

обнаружены у бактерий и актиномицетов.

По-видимому, все мутагены, как физические, так и химические, в

принципе универсальны, т. е. могут вызывать мутации у любых форм жиз-

ни. Для всех известных мутагенов не существует нижнего порога их мута-

генного действия.

Мутации вызывают врожденные уродства и наследственные болезни

человека. Поэтому насущной задачей является ограждение людей от дей-

ствия мутагенов. Огромное значение в этом отношении имело запрещение

испытаний ядерного оружия в атмосфере. Очень важно соблюдать меры

защиты людей от радиации в атомной индустрии, при работе с изотопами,

рентген-лучами. Определенную роль могут сыграть антимутагены – веще-

ства, снижающие эффект действия мутагенов (цистеамин, хинакрин, неко-

торые сульфаниламиды, производные пропионовой и галловой кислот).

Любые мутации могут возникнуть спонтанно или быть индуцированными. Спонтанные мутации появляются под влиянием неизвестных природных факторов и приводят к ошибкам при репликации ДНК. Индуцированные мутации возникают под воздействием специальных направленных факторов, повышающих мутационный процесс. Мутагенным действием обладают факторы физической, химической и биологической природы.

Мутагенные факторы среды - факторы , вызывающие появление мутаций .

Мутагенным действием обладают факторы физической, химической и биологической природы.

Среди физических мутагенов наиболее сильное мутантное действие оказывает ионизирующая радиация – рентгеновские лучи, α-, β-, γ-лучи. Обладая большой проникающей способностью, при действии на организм они вызывают образование свободных радикалов ОН или НО 2 из воды, находящейся в тканях. Эти радикалы обладают высокой реакционной способностью. Они могут расщеплять нуклеиновые кислоты и другие органические вещества.

Облучение вызывает как генные, так и хромосомные мутации. Ультрафиолетовое излучение характеризуется меньшей энергией, не вызывающей ионизацию тканей. Его действие приводит к образованию тимидиновых димеров. Присутствие их в ДНК обусловливает ошибки при ее репликации.

Химические мутагены должны обладать следующими качествами:

Высокой проникающей способностью;

Свойством изменять коллоидное состояние хромосом;

Определенным действием на состояние хромосомы или гена.

К химическим мутагенам можно отнести многие неорганические и органические соединения, например кислоты, щелочи, перекиси, соли металлов, формальдегид, пестициды, дефолианты, гербициды, колхицин и др.

Некоторые вещества способны усиливать мутационный эффект в сотни раз по сравнению со спонтанным. Их называют супермутагенами . К ним относят нитрозосоединения – иприт, диэтилнитрозамин, уретан и др.

Некоторые лекарственные препараты также обладают мутагенным эффектом, например, цитостатики, производные этиленимина, нитрозомочевина. Они повреждают ДНК в процессе репликации.

Известны также биологические факторы мутагенеза . Вирусы оспы, кори, ветряной оспы, эпидемического паротита, гепатита, краснухи и др. способны вызывать разрывы хромосом. Вирусы могут усиливать темпы мутации клеток хозяина за счет подавления активности репарационных систем. Есть данные о возрастании числа хромосомных перестроек в клетках человека после пандемий, вызванных вирулентными вирусами.

Канцерогене́з - сложный патофизиологический процесс зарождения и развития опухоли.