Отдаленные популяционно-генетические проблемы Чернобыля
advertisement
Отдаленные популяционногенетические проблемы Чернобыля Глазко В.И., Глазко Т.Т. (Украина). Vglazko@yahoo.com , Glazko@biotech.relc.com 1. Эффекты ионизирующего облучения зависят от исходного состояния и генотипических особенностей облучаемого объекта 2. Дестабилизирующие эффекты ионизирующего излучения для биологических объектов в первую очередь определяются не столько абсолютными значениями поглощенных доз, сколько их «новизной» для объектов 3. Селекция на увеличение количества радиорезистентных особей реализуется за счет ухода из воспроизводства популяции наиболее чувствительных, и наиболее специализированных особей. 4. Вклад Чернобыльской катастрофы в изменения генофонда человека можно будет оценить через несколько десятков лет, поскольку поколение, родившееся после аварии, только вступает в репродуктивный период. 1. Эффекты ионизирующего облучения зависят от исходного состояния и генотипических особенностей облучаемого объекта Межвидовые и внутривидовые отличия по радиорезистентности ПОЛУЛЕТАЛЬНЫЕ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ МЛЕКОПИТАЮЩИЕ (в среднем) 4-6 Гр E.coli Deinococcus radiodurans 30 Гр 3000 Гр, 1 двуцепочечный разрыв на 27000 нуклеотидов У линейных мышей под влиянием повышенного ионизирующего излучения обнаруживается увеличение частот встречаемости в клетках костного мозга только тех цитогенетических аномалий, изменчивость которых линейноспецифична для них в “чистой” зоне, в связи с возрастом или сезоном исследования. То есть, ионизирующее излучение не индуцирует новых аномалий, а только усиливает проявление исходно нестабильных цитогенетических характеристик для каждой из исследованных линий мышей. Частоты встречаемости различных типов цитогенетических аномалий в клетках костного мозга мышей различного возраста и в разные сезоны исследований в контроле (спонтанный мутагенез) и в спец-виварии в Чернобыльской зоне («индуцированный» мутагенез Линия мышей BALB/c наиболее изменчивые характеристики - двуядерные лейкоциты и одноядерные с микроядрами Линия мышей C57BL/6j - наиболее изменчивые характеристики - двуядерные лейкоциты и одноядерные с микроядрами и еще - доля анеуплоидных метафаз Линия мышей CC57W/Mv - наиболее изменчивые характеристики - одноядерные лейкоциты с микроядрами и еще - доля метафаз с хромосомными аберрациями The frequency of different types of cytogenetic anomalies (%) Зависимые от возраста частоты цитогенетических аномалий у мышей линии CC57W/Mv) в Чернобыльском виварии: увеличение частот клеток с аномалиями в костном мозгу в Чернобыле по сравнению с контролем у юных мышей; уменьшение – у старых 40 Young mice, control, winter Old mice, control, winter Young mice, control, summer Young mice, Chernobyl Old mice, Chernobyl A1 A2 30 RB 20 CHA 10 MI BIN 0 1 2 3 4 5 Феномен «омоложения» «старых» мышей в Чернобыльской зоне LMN Количество делящихся клеток (количество метафаз на 1000 клеток, MI), двуядерных лейкоцитов (на 1000 клеток, BIN) и моноядерных лейкоцитов с микроядрами (на 1000 клеток, LMN) у «юных» и «старых» мышей линии CC57W/Mv в контроле (Киев) и в Чернобыле Контрольные и экспериментальные группы Возраст Мышей «Юные» контрольные мыши (Kиeв) 2-3 месяца ***6,80,5 4,50,7 **5,20,3 «Юные» экспериментальные мыши (Чернобыль) 2-3 месяцев 5,60,7 *9,01,4 **14,42,4 «Старые» контрольные мыши (Киев) 12-18 месяцев ***3,50,6 7,11,3 *10,51,3 «Старые» экспериментальные мыши (Чернобыль) 12-18 месяцев *7.0+1.0 *5.0+0.8 *6.0+0.8 BIN MI LMN Увеличение количества делящихся клеток у «старых» мышей в условиях повышенного уровня ионизирующего излучения Виды полевок (обыкновенная, рыжая и экономка) Среди исследованных трех видов мышевидных грызунов наиболее “чувствительным” к действию ионизирующего излучения оказался наиболее из них эволюционно молодой вид обыкновенной полевки, для которого характерна определенная кариотипическая нестабильность в ареале, в отличие от полевки экономки и рыжей полевки. Межвидовое сравнение свидетельствует в пользу данных, полученных на линейных мышах о том, что повышение ионизирующего излучения не индуцирует новые генетические повреждения, а усиливает потенциально имеющиеся, специфичные для отдельных генотипов (разные линии мышей) и для отдельных видов (разные виды мышевидных грызунов). Человек Выполнены исследования частот встречаемости конститутивных цитогенетических аномалий среди детей с врожденными пороками развития, родившимися до и после Чернобыльской катастрофы. У детей с такими пороками, рожденными после Чернобыля, отмечается определенная тенденция к увеличению носителей конститутивных цитогенетических аномалий, причем в них принимает участие 11 из 22 взможных аутосом, наиболее часто хромосома 9, повышенный полиморфизм которой отмечен у людей и в “чистых” зонах. То есть, и у человека в том числе, наблюдается повышение нестабильности именно по тем хромосомам, нестабильность которых отмечается и в “чистых” зонах. 2. Дестабилизирующие эффекты ионизирующего излучения для биологических объектов в первую очередь определяются не столько абсолютными значениями поглощенных доз, сколько их «новизной» для объектов Селекция радиорезистентных особей в местообитаниях с высоким уровнем радионуклидного загрязнения У представителей рыжей и обыкновенной полевок обнаруживается отчетливая селекция к 1999-2001 году животных с повышенной радиорезистентностью. В 1994-1996 гг., через 16-20 поколений после взрыва, отличаются от популяций из чистых зон по частотам встречаемости цитогенетических аномалий в клетках костного мозга, в 1999-2001 гг, через 26-30 поколений – нет). Интенсивность такой селекции наиболее выражена в Рыжем лесу (1000 Ки/км2). В местообитаниях с уровнем радионуклидного загрязнения на порядок меньше такая селекция, по-видимому, идет с существенно меньшей скоростью В местообитаниях с уровнем загрязнения около 100 Ки/км2 в 1999 г обнаруживается высокая индивидуальная изменчивость и повышенная частота встречаемости цитогенетических аномалий относительно условного контроля и популяции из Рыжего леса 1999-2001 гг Отбор на радиорезистентность у рыжей полевки по частотам встречаемости метафаз с хромосомными аберрациями 1 - Контроль (< 5A Ки/км1) 0 v * 1 0 c Da ta : NE W3 .S T 2 2 2 - Янов 1996 (~ 200 Ки/км ) 3 - Янов 1999 (~ 200 Ки/км2 ) 4- Рыжий лес 1996 (400 - 1000 Ки/км2 ) 5 - Рыжий лес 1999 (400 - 1000 Ки/км2 ) 6 - Рыжий лес 2001 (400 - 1000 Ки/км2 ) Отбор на радиорезистентность у обыкновенной полевки (микроядерный тест) в Чистогаловке (около 300 – 500 Ки/км2) Da ta : NE W3 .S T A 1 0 v * 1 6 c 1 - Контроль (<20 Ки/км2) 2 - Чистогаловка 1996 г 3 - Чистогаловка 1999 г Средне-мировой уровень (фоновый) ионизирующего излучения Поглощенные дозы Средне-годовые Биологические эффекты 3.5 mSv Эпидемиологические исследования показали, что повышение частот онкологических заболеваний, Принятый предел для которую связывают с работающих - не повышением поглощенной дозы выше 50 mSv/в год ионизирующего излучения, наблюдается после дозы, Только 5% из превышающей эвакуированных 116,000 людей после Чернобыльской катастрофы получили дозы большие, чем 100 mSv/в год мировые дозы 100 mSv/в год Автор Journal Masse R. Comptes Rendus de l’Academi e des Sciences Series III. 2000 Jul;323(7): 633-40 Биологические эффекты высокого уровня ионизирующего облучения в радиоактивных провинциях – Иран, Китай Доза Около 260 mSv в год, Иран Около 7 mSv в год, Китай Около 7- 10 mSv в год, Китай Biological effects Не обнаружено отличий по частотам встречаемости цитогенетических аномалий в клетках крови людей, живущих в радиоактивной провинции по сравнению с "контрольными" областями. Однако выявлена Authors Journal Ghiassi-nejad M et al. Health Phys. 2002 Jan;82(1):87-93. Tao Z, Zha Y, Akiba S et al J Radiat Res (Tokyo). 2000 Oct;41 Suppl:31-41 Zhang W, Wang C, Chen D et al. J Radiat Res (Tokyo). 2003 Mar;44(1):6974 повышенная радиорезистентность их клеток крови к гамма-облучению (1.5 Gy) in vitro. Обследовано за период1979-95 гг 125,079 субъектов в радиоактивной провинции, проанализировано 10,415 смертей и 1,003 онкологических заболеваний. Смертность от онкологических заболеваний у жителей радиоактивной провинции была НИЖЕ, чем у людей в контрольной зоне. Не найдено отличий по частотам встречаемости цитогенетических аномалий у жителей радиоактивной провинции по сравнению с контролем. Однако корреляции количества аномалий с возрастом обнаруживались в обеих группах. Вывод: превышение уровня ионизирующего излучения в 3-5 раз не увеличивает вероятность онкологических заболеваний Distribution of Cs-137 in Ukraine before 1985y Distribution of Cs-137 in Ukraine in 1998y 3. Селекция на увеличение количества радиорезистентных особей реализуется за счет ухода из воспроизводства популяции наиболее чувствительных, и наиболее специализированных особей. Представители родителей экспериментального стада, отловленные около ЧАЭС в 1987 н (Альфа, Уран, Гамма Семейный анализ: исследовано по молекулярногенетическим маркерам 14 животных родительского поколения (поглощенная доза – около 0,8 грей); 35 – первого поколения, 21 – второго поколения животных, родившихся в Чернобыле. Генотипы трансферрина у 13-ти коровматерей Ожидаемые генотипы трансферрина у потомков 1AD1 х AD1 (Уран) = AA 2AD1 D1D1 - - 7AD2 х AD1 (Уран) = 7AA 7AD1 - 7AD2 7D1D2 5D1D2 х AD1 (Уран) =- 5AD1 5D1D1 5AD2 5D1D2 СУММАРНО 52 ГЕНОТИПА 8AA 14AD1 6D1D1 12AD2 12D1D2 В ПРОЦЕНТАХ 15% 27% 12% 23% 23% Наблюдаемые генотипы трансферрина у потомков СУММАРНО 35 ГЕНОТИПОВ 3AA 7AD1 3D1D1 16AD2 6D1D2 В ПРОЦЕНТАХ 8,6% 20,0% 8,6% 45,7% 17,1% Наблюдается В ДВА РАЗА МЕНЬШЕ АА И В ДВА РАЗА БОЛЬШЕ – AD2 по сравнению с ожидаемым Ожидаемая частота встречаемости генотипов по локусу трансферрина (TF) у потомков от коров Альфа и Гамма и быка Урана в первом (F1) поколении животных, родившихся в экспериментальном хозяйстве «Новошепеличи» (200 Ки/km2) (решетка «Пеннета») Локус Трансф TF аллели еррин ♂ ♀A AD1 ♀ ♀ D2 AD2 Ожидаемые генотипы ♂А ♂D1 АА (25%) АD1 (25%) АD2 (25%) D1D2 (25%) 3 D S e q u e n ti a l G ra p h (NE W.S Плодовитость коров родительского поколения Плодовитость коров поколения внучек (F2) Плодовитость коров первого поколения, рожденного в Чернобыльской зоне (F1) Плодовитость коров в количестве телят на одну корову в год 1 - 16 коров родительского поколения экспериментального стада, рожденных в «чистой» зоне, суммарно дали 96 телят (0,93±0,03 теленка на корову в год); 20 из них (21%) умерло в возрасте до 3 месяцев после рождения. 2 - F1, первое дочернее поколение, родившееся в условиях экспериментального хозяйства «Новошепеличи (~200 Ки/км2). Среди 36 коров 21 (58%) оказались стерильными; только 15 коров F1 принесли потомство F2 поколения (0,73±0,06); 13 из них умерли до 3-х месячного возраста после рождения (26%). 3 - 4 коровы F2 суммарно родили 10 телят (F3) за 2-4 года; 0,94±0,06 теленка на корову в год. Пол погибших до трех месяцев телят: Самки Самцы Первое поколение, суммарно рожденное 16-тью коровами 6 самок 14 самцов Второе поколение, суммарно рожденное 15-тью коровами первого поколения 7 самок 6 самцов 4. Вклад Чернобыльской катастрофы в изменения генофонда человека можно будет оценить через несколько десятков лет, поскольку поколение, родившееся после аварии, только вступает в репродуктивный период Частоты метафаз с хромосомными аберрациями разного типа в лимфоцитах периферической крови детей, получивших суммарно 36 мЗв в первой группе (Группа 1)- в эмбриональный период, во второй (Группа 2) - за время проживания на загрязненных территориях. Анализ проводился у детей в 14 лет. Типы хромосомных аберраций Группа 1 n=8, (1600 метафаз) Частота (%) Группа 2 n=8, (1600 метафаз) Частота (%) Транслокации 0,37 0,10 0,18 0,10 Делеции 1,25 0,30 0,68 0,20 Инверсии 0,31 0,10 0,12 0,07 Дицентрики Кольцевые хромосомы 0,06 0,05 0,12 0,07 0,06 0,05 0 Инсерции 0,31 0,12 0 Парные фрагменты Одиночные фрагменты 0,06 0,05 0,12 0,07 0,18 0,10 0,06 0,05 Заключение • Сдвиг в поколениях генетической структуры у исследованной группы крупного рогатого скота в сторону менее специализированных форм согласуется с литературными данными о снижении ряда поведенческих специализированных функций у полевок (более примитивное устройство нор) в условиях повышенного радионуклидного загрязнения, а также с данными датских исследователей о нарушениях функций ассоциативного мышления у датских младшеклассников после первых воздушных взрывов атомных бомб и после Чернобыля. • Все эти явления соответствуют положению И.И. Шмальгаузена о том, что изменения окружающей среды благоприятствуют размножению внутри вида форм, наименее специализированных по отношению к предыдущим условиям. • Таким образом – главная проблема Чернобыля, как и других экологических изменений, заключается не в появлении мутантов, а в изменениях в поколениях генетической структуры популяций и, соответственно, появлению новых межвидовых отношений между наименее специализированными представителями каждого вида в видовых сообществах.
