Мутагенные факторы. Проблемы охраны окружающей

Мутагенные факторы. Проблемы охраны окружающей среды

n 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.

n Физические мутации 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 из воды, находящейся в тканях. Эти радикалы обладают высокой реакционной способностью. Они могут расщеплять нуклеиновые кислоты и другие органические вещества.

n Первые физические мутагены, открытые учеными, - это разные виды излучений. Еще в 1925 г. российские генетики Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов показали, что при облучении дрожжей лучами радия возникают разнообразные новые формы. Но генетические особенности дрожжей тогда были исследованы слабо и было трудно доказать, что под действием излучения возникают наследуемые мутации. Однако уже в 1927 г. Г. Меллер показал на дрозофилах , хорошо изученной к тому времени генетиками, что под действием рентгеновских лучей у дрозофил возникают мутации. Один из методов, которым было доказано возникновение летальных мутаций в Х-хромосомах, состоял в следующем. Рентгеновскими лучами облучали половозрелых самцов дрозофил. От этого у части облученных самцов в гаметах в единственной Х- хромосоме возникали летальные мутации. (Конечно, мутации возникали и в аутосомах, но там их было труднее выявить: если в каком- то аллеле возникала мутация, в гомологичной хромосоме был нормальный аллель, который маскировал эту мутацию). Тогда дочери от скрещивания облученных самцов с нормальными самками получали дефектную Х-хромосому. Они были гетерозиготны по летальному аллелю и сами не погибали; однако при скрещивании этих самок с самцами "дикого" типа половина рожденных самцов погибала. И тогда отношение числа самок к числу самцов в потомстве от этого скрещивания было 2: 1, а не 1: 1 как обычно.

n - Химические мутагены должны обладать следующими качествами: • высокой проникающей способностью; • свойством изменять коллоидное состояние хромосом; • определенным действием на состояние хромосомы или гена. n К химическим веществам, вызывающим мутации, можно отнести органические и неорганические вещества, такие, как кислоты, щелочи, перекиси, соли металлов, формальдегид, пестициды, дефолианты, гербициды, колхицин и др.

n Кроме мутагенов физической и химической природы, в окружающей среде имеются 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. Возникновение мутаций приводит к различным патологиям.

n И все же какие действующие и потенциальные мутагены химической природы известны? Как решается задача инвентаризации потенциально мутагенных химических соединений, присутствующих в биосфере и вводимых в нее?

n Химические мутагены можно разделить на три группы в соответствии с их происхождением. Это органические и неорганические соединения натуральные (например, окислы азота, нитриты, нитраты, радиоактивные соединения, алкалоиды), продукты переработки природных соединений (такие, как полициклические ароматические углеводороды, соли тяжелых металлов, хлорпрен, этилен-имин, четыреххлористый углерод), наконец, химические соединения, не имевшиеся в природе (в частности, пестициды, некоторые лекарственные средства).

Источники загрязнения окружающей среды химическими соединениями достаточно известны в промышленности и на автотранспорте, в сельском хозяйстве и других отраслях, но для скрининга мутагенных соединений необходимо иметь информацию о самих веществах — их физических и химических свойствах, производстве, масштабах использования, о наличии национальных и международных стандартов. Поэтому и создаются в ряде стран регистры, позволяющие дать первую и наиболее общую характеристику химическому соединению, хотя сопоставимых и надежных данных, касающихся именно потенциально токсических веществ, по сути дела, до сих пор не имеется в требуемом объеме. Восполнить этот пробел призван Международный регистр потенциально токсичных химических веществ ЮНЕП (МРПТХВ), деятельность дирекции которого прошла уже начальный, организационный этап и расширяется с 1980 года. С декабря 1977 года этот центр ЮНЕП выпускает «Бюллетень МРПТХВ» (периодичность — два выпуска в год).

Примером одного из таких слабых мутагенов является кофеин, ставший ныне распространенным элементом окружающей среды. Большая часть его поступает не с лекарственными препаратами, а с чаем, кофе, тонизирующими напитками. И при ежедневном употреблении кофе или чая (а тем более и того и другого), в организме человека постоянно поддерживается определенная концентрация кофеина (скорость его деградации — 15 процентов в час), возрастающая обычно в определенные часы дня.

Являясь неотъемлемым свойством всех живых организмов, мутационный процесс, в том числе и у человека, может оказывать на жизнеспособность носителей вновь возникающих мутаций влияние как едва заметное, так и катастрофическое. Опасное влияние некоторых физических факторов и химических соединений на частоту мутаций у человека, стало восприниматься в полной мере лишь по прошествии весьма продолжительного периода времени с момента открытия радиационного и химического мутагенеза.

Образование мутагенов (полициклических ароматических углеводородов, нитрозаминов, гетероциклических аминов) неизбежно происходит в результате кулинарной обработки говядины, свинины, рыбы и птицы при температуре, превышающей 150 °С. Результаты, свидетельствующие о таких последствиях термической обработки пищевого сырья, были получены не только в модельных экспериментах, но и при непосредственном тестировании готовых блюд. В частности, положительный результат теста на мутагенность (как на микробиологических объектах, так и у животных) был получен для разных образцов так называемой «быстрой» пищи, которую готовят обычно при температуре 230 °С.

Генотоксическое воздействие производственных загрязнителей на организм человека было продемонстрировано результатами множества независимых исследований, обобщенных в 1992 г. Н. П. Бочковым и ЛЛ. Катосовой. Значительное количество промышленных производств являются источниками мутагенов, активно воздействующих на людей, непосредственно в них занятых. Это — переработка каменного угля и нефтепродуктов, добыча и газификация бурого угля, используемая во многих отраслях электросварка, производство резины, древесно- стружечных плит, стирола, винилхлорида, цитостатиков, биостимуляторов, а также поставленное на промышленную основу производство свинины и кормов для крупного рогатого скота.

n Таким образом, существует множество соединений, с которыми неизбежно приходится контактировать человеку, и которые потенциально опасны для его здоровья и наследственности. Однако заключение о реальной мутагенной активности каждого из них и, как следствие, предупреждение нежелательного контакта может быть сделано только на основании результатов специальных комплексных исследований. n Еще в 50 -х гг. XX века А. Новик и Л. Сцилард показали, что пуриновые рибонуклеозиды вызывают снижение уровня спонтанного и индуцированного мутационного процесса у Е. coli. Так был открыт новый класс соединений - антимутагены. Классификация их представляет не менее сложную задачу, чем классификация мутаций.

Еще одна классификация атимутагенов базировалась на предполагаемых механизмах их действия. Так, группа внеклеточных антимугагенов состоит из трех подгрупп: n 1) ингибиторы поглощения мутагенов и их предшественников (препятствуют проникновению в организм или ускоряют выведение из организма мутагенов), например, жирные кислоты, ароматические аминокислоты и др. ; n 2) ингибиторы эндогенногоформирования мутагенов (предотвращают/тормозят реакции нитрозирования или изменяют внутрикишечную флору), например, токоферолы, фенолы, аскорбиновая кислота, ферментированные молочные продукты; n 3) дезактиваторы мутагенов (в результате физических и/или химических реакций), например, вещества, поддерживающие определенный уровень р. Н в жидкостях тела, а также тиолы, антиоксиданты.

Внутриклеточные ингибиторы мутагенеза также представлены тремя подгруппами: 1) модуляторы метаболизма (ускоряют переход мутагенов в клетки, не являющиеся мишенями, индуцируют механизмы детоксикации), например, тиолы и фенолы; 2) инактиваторы реакционно-способных молекул (взаимодействуют с электрофилами, улавливают кислородные радикалы, защищают нуклеофильные участки ДНК); 3) модуляторы репликации и репарации ДНК (увеличивают точность репликации, повышают эффективность репарации, ингибируют ошибки репарации), например, хлорид кобальта, арсенит натрия, кумарин, ванилин, тиолы, ингибиторы протеаз.

Комутагенное действие (усиление повреждающего влияния генотоксических соединений) способны оказывать in vitro и другие витамины, в том числе В 2 и Е. Результат зависит от дозы антимутагена, применяемой тест-системы и метода учета наблюдаемого эффекта. И, наконец, вследствие высоко специфичного действия антимутагенов по отношению к органам-мишеням, не исключена возможность защиты генетических структур в клетках одних тканей с одновременным потенцированием мутагенного эффекта в других, чему есть косвенные подтверждения