Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Генетические эффекты, индуцируемые в популяциях хлореллы радионуклидами и их совместным действием с химическими агентами

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Генетические эффекты, индуцируемые в популяциях хлореллы радионуклидами и их совместным действием с химическими агентами"

8 а а

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛОРУССКОЙ ССР ИНСТИТУТ ГЕНЕТИКИ И ЦИТОЛОГИИ

На правах рукописи

ШВОБЕНЕ РЕГИНА ЯРОНИМОВНА

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ, ИНДУЦИРУЕМЫЕ В ПОПУЛЯЦИЯХ ХЛОРЕЛЛЫ РАДИОНУКЛИДАМИ И ИХ СОВМЕСТНЫМ ДЕЙСТВИЕМ С ХИМИЧЕСКИМИ АГЕНТАМИ

03.00.15 - Генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МИНСК - 1991

Работа выполнена в лаборатории гйдроботаники Института ботаники Литовской- АН

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ

Доктор биологических наук,

профессор ШЕВЧЕНКО В.А.~ Кандидат биологических наук,

старший научный сотрудник МАРЧЮЛЁНЕНЕ Д.-Э.П.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ •

Доктор биологических наук • МОССЕ И.Б.

Кандидат биологических наук ЦЕМИНИС К.К.

ВЕДУЩЕЕ УЧРЕЖДЕНИЕ - Институт клеточной'биологии и генетической инженерии АН УССР

Защита диссертации состоится 25 апреля 1991 года в 14.00 часов, на заседании специализированного совета К 006.02.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук в Институте генетики и цитологии АН БССР по адресу: 220734, г.Минск, ул.Ф.Скорины, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им.Я.Коласа.

Автореферат разослан "_" _ 1991 года»

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических наук

ЛОБАНОК Е.В.

-эyj' | ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

"Актуальность темы. В связи с испытанием ядерного оружия и развитием ядерной промышленности и энергетики в биосфере Земли стали появляться радионуклиды искусственного происхождения - осколки деления урана, а такие продукты активации ряда стабильных элементов. G расширением использования радиоактивных веществ в хозяйственной деятельности человека их количество во внешней среде увеличивается. Особенно большое количество радионуклидов попадает во внешнюю среду во время аварий ядерных установок. Многие из радионуклидов искусственного происхождения имеют для организмов существенное значение, так как они являются долгокивуцими или биологически активными радиоизотопами, стабильные аналоги которых являются обычными составляющими живого вещества.

Эти обстоятельства привлекают внимание к проблеме воздействия радионуклидов, распад которых происходит внутри клеток. Изучая биологиче-ские эффекты таких радионуклидов, внимание следует уделять как различным' физическим характеристикам этих радионуклидов, так и разным уровням их аккумуляции в клетках и неодинаковому распределению в клеточных ком-партментах. Кроме того, следует иметь в виду, что действие радионуклидов, попадающих в окружающую среду, может быть модифицировано многими антропогенными факторами.

Диссертационная работа является частью плановых научно-исследовательских работ, проводимых и координируемых Литовской АН (№ гос. per. MAB 080394).

Цель и задачи исследований. Основной целью диссертационной работы явилось исследование-генетических эффектов, индуцируемых хроническим действием- разных по характеристикам излучений радионуклидов в непрерывно растущих популяциях одноклеточной зеленой водоросли Chlorella vulgaris Beijer, а также исследование модификаций этих эффектов некоторыми антропогенными факторами.

В связи с этим поставлены следующие конкретные задачи.

I. Изучить уровни накопления ^Zn, ^Сз, "^Св,

^"Йи в клетках хлореллы и установить, как

влияют на эти уровни витамины С и Вакрифлавин и кофеин, а также комплексов ЭДТА, ДТПА и 03 ДФ.

2. Установить локализацию и "^Се в клетках хлореллы, поврежденных этими радионуклидами, а также их совместным действием с комплексонами ЭДТА и 0ЭД§.

3. Исследовать динамику мутационного процесса, индуцируемого- в популяциях хроническим действием "гп, ^Са, ^ЗгЛ, ^Се-^Рг, 23\ь-234ра, 2Х0рь_2Х0В1_210ро1

"^^Ни-106^, а также их совместным действием с витаминами С и В, акрифлавином, кофеином и комплексонами ЭДТА, ДГПА и 03 ДФ.

4. Выявить специфичность мутационного и летального действия радионуклидов в зависимости от характеристики излучений (типа распада, энергии ^-частиц), а также от уровней аккумуляции радионуклидов в клетках. .

5. Установить основные принципы модификации действия> радионуклидов изученными химическими агентами.

Научная новизна работы. Для выявления зависимости генетических эффектов, индуцируемых радионуклидами в популяциях, от уровней их накопления в клетках впервые изучено совместное .действие радионуклидов с комплексонами, которые способны ■ регулировать уровни аккумуляции радионуклидов в клетках.

Полученные данные позволили сравнить биологическую эффективность радионуклидов, распадающихся по типу К-захвата и по типу и установить зависимость этой эффективности от энергии распада^5-частиц, от уровней накопления радионукли-. дов в клетках и от их распределения в клеточных кокпартмзн-тах, а также выявить некоторые закономерности эндогенной и экзогенной модификации генетических эффектов, вызываемых радионуклидами в популяциях.

Теоретическое и практическое значение работы. Определение зависимости отдельных этапов динамики мутационного процесса, формируемого радионуклидами в популяциях до 48 поколения, от характеристик их излучения и от уровней аккумуляции в клетках может дать новый материал, важный для понимания адаптационной изменчивости в популяциях, происходящей под воздействием хронического облучения. Результаты специ-

фичности действия радионуклидов, являющихся продуктами ядерного деления, а также изучение влияния на их действие разными антропогенными факторами среды может послужить исходным материалом для прогноза генетических последствия чернобыль-, ской аварии.

Результаты исследований применялись в разработках комплекса мероприятий, связанных со строительством и эксплуатацией Игналинской АЗС.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: симпозиуме "Радиочувствительность и процессы восстановления у животных и растений" (Ташкент, 1979); II всесоюзной конференции молодых ученых (Тбилиси, 1980); 20-й научной конференции "Изучение внутренних водоемов Прибалтики и Белоруссии" (Псков, 1983); 4-й научной конференции по водной токсикологии (Юрмала, 1983); 6-м всесоюзном лимнологическом созещании (Иркутск, 1985); 5-м съезде Всесоюзного гидробиологического общества (Тольятти, 1986); 10-м всесоюзном симпозиуме' по радиационной генетике (Пущино, 1984); рабочем совещании "Пострадиационное восстановление у растений" (Паланга, 1985); 22-й научной конференции по изучению водоемов Прибалтики (Вильнюс, 1987) ; 1-м всесоюзном радиобиологическом съезде (Москва, 1989).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 9 работах.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на* страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, раздела, в котором дана постановка задач исследований, методики, результатов, обсуждения и выводов. Работа содержит 36 иллюстраций и 18 таблиц. Список литературы включает 233 наименований.

•МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объект исследований. Была использована Chlorella vulgaris Baijar (штамм ЛАРГ-I), которую культивировали на свету в среде Тамийя при pH 5,6. Синхронизацию популямий осуществляли путем чередования 8-часового содержания на свету (освещенность 8000 лк) и 1б-часового - в темноте.

б

Методы исследований. Во время периода синхронизации кульутры хлореллы готовили рабочие растворы, которые разливали по 100 мл в паровидные колбы и подвергали стерилизации. Через I сут б оти колбы вносили радионуклиды 90Sr, 144Со, 234Th, 210гъ, 106Ни в виде хлоридов (без носителя) из расчета 3,7.10^-3,7»10^ Бк/л и химические агенты: витамин С (50 мг/л), витамин Bj2 (2,0 мг/л), кофеин (90 мг/л) акрифлавин (0,6 ыг/л) и комплексоны ЭДТА (отилендиаминтетра-уксусная кислота), ДТПА (диэтилентриаминпентауксусная кислота) и 0ЭД§ (оксиэтилидендифосфоновая кислота) в конц. 50 мг/j Еще через I сут в оти то колбы вносили культуру хлореллы из рас .ета получения плотности 0,2-10^ кл/мл. Рост популяций оценивали по ежесуточному увеличению числа клеток, опред -ляемого путем подсчета их в камере Горяева. Культуру после увеличения ее плотности в 10 раз разводили рабочими растворами до прежней плотности.

Пробы для генетических исследований, а также для определения ICH отбирали нп I, 2, 8, 16, 2k, 32, ОД и 48 поколениях (в циклах удвоения плотности) /Рогатых, 1969/. Для морфологических исследований на морфоквантё пробы отбирали один раз - на 7 поколении.

Динамику мутационного процесса и выживаемость в популяциях изучали с помощью методов микро- и макроколоний /Шевченко, 1979/.

7ля установления КН радионуклидов в хлорелле использовали стандартные радиоэкологические методики /Рындина, Зе-сенко, 1970/.

Морфологические исследования клеток проводили на Кафедре биохимии и биофизики Медицинской Академии Силезии (ПНР) с помощью автоматического сканирующего микроскопа "Uoirfiiaquantf Полученные результаты обрабатывались с помощью модифицированной компьютерной программы Micro8cen-80 компьютером "Robotron EBB 4-100" /Wiloaok, liozurek, 198?/.

Статистическую обработку данных проводили стандартными методами /Рокицкий, 1977, 1978/, для корреляционного анализ; применяли вычислительную технику и комплексное программирование /Карпвс, 1975/.

РЕЗУЛЬТАТ« ИССЛЕДОВАНИЯ

I. Аккумуляция радионуклидов в клетках хлореллы. Процесс накопления радионуклидов клетками хлореллы в течение 16 сут состоит из трех фаз: возрастания, когда радионуклиды в клетки поступают довольно интенсивно; максимума, который достигается на 4-8 сут опыта; стабилизации, во время которой КН радионуклидов в хлорелле в основном не изменяется. При сравнении стабильных КН выявилось, что они для изученных радионуклидов довольно разные и варьирует в пределах 70-200000 ' (табл. I).

Таблица I

КН радионуклидов в хлорелле и влияние на эти коэффициенты комплексонов

Радионуклид Контроль . ЭДТА ДТПА 03 Д5

^Са ' 300*20 _ _ _

С5,зп ЭЭ0*60 200-25 100*15 300*25

503г 70-6 35-'» 30*4 • 100*10

200000*25000 2^0-15 ' 100*10 1500*150

аз^ 1000 00*15000 - - - .

-10?ъ 8000-250 100*10 • » 150*15 600*';0

105Ви 1500*100 300*20 200*10 ■ 100*15

Конплексоны ЭДТА, ДТПА и 0ЭД5, не изменяя динамики процесса накопления радионуклидов, значительно сникают их КН з хлорелле, вследствие чего КН под влиянием ЭДТА и ДТПА изменяются и вчрьируат з пределах 30-300, а под влиянием ОЗДЗ -100-1500 (табл. I). Другие изученные химические агенты - витамины С и В то, а также акрнфлавин и кофеин - на аккумуляцию

СГ)

г и ^Са в хлорелле влияют незначительно.

Морфологические изменения клеток хлореллы, поврежденных радионуклидами и комплексонани ЭДТА и 0ЭДФ. Анализ клеток хлорг.-лы, поврежденных действием '^аг, (кони.

3,7-К)^ Бк/'л), а также их совместным действием с комплексо-нами ЭДТА и 03."- (конц. 50 мг/л), на сканирующем микроскопе "МогрЬааиггл^'' показал, что в основном локализуется на

оболочках г. ток, а 9 Пг - в ядрах и хлоропластах. Комплек-

соны ЭДТА и ОЭДФ способствуют поступлению ^^Св и препятствуют поступлению во внутриклеточные компартменты.

3. Мутационный процесс, индуцируемый в популяциях хлореллы радионуклидами. В непрерывно растущей культуре наблюдаемую частоту мутаций составляет: частота встречаемости му-тантных клонов, размноженных в культуре, и частота мутаций, возникиих перед самим посевом. Большую часть, как правило, составляют размноженные клоны. Часть клеток, которая не способна делиться, является летально пораженной. Мутантные колонии, наблюдаемые при посевах проб на твердую среду, называем клетками, несущими видимые мутации, а мутантные клетки, выявляющиеся по методу микроколония, - летально пораженными.

При изучении мутантных и летально пораженных клеток, индуцируемых в популяциях , 210РЬ-210В1-

21V ^ц-106^ (во всех исследованных концентрациях), выявляются в основном две фазы: возрастания и максимума, а ^Са, вызывают еще и фазу стабилиза-

ции (рис. I).

Уровни мутантных и летально пораженных клеток оценивались по максимальным величинам. Сравнивая генетические аффекты, вызываемые радионуклидами (конц. 3,7*10^ Бк/л), установили, что по индуцированному числу мутантных клеток радионуклиды можно ранжировать в виде следующего ряда: 210РЬ > 1Ъ£Ви>9°ег>б?гп а по числу леталь-

но пощаженных клеток - в виде ряда 234ь^37сяя5°вг{ табл. 2).

Основной характеристикой мутагенных свойств радионуклидов является их мутагенная эффективность (ш), которая отражает частоту мутаций при одном летальном ударе /Мапзоп, йоосШеаа, 1977/.

По мутагенной эффективности изученные радионуклиды можно распределить в виде следующего ряда: (0,72)>234П1 (0,35)>210гь (0,30) >10бВи (0,28) ^^Со (0,26)>б5йп (0,06).

По частоте видимых мутаций и летально пораженных клеток в расчете на I Гр эти радионуклиды (при одинаковых их кон-цэнтрациях) можно ранжировать в виде следующих рядов соответственно : 6Ьп > ^Са >90Вг ;£10РЬ.10Г,Ки и

Рис. Г. Динамика мутантных и жизнеспособных клеток, индуцируемых в популяциях хлореллы (А) 210РЬ-210В1--210Ро (Б). Концентрация радионуклидов (Бк/л): З^-Ю** (I); 3,7-105 (?); 3,7-10 (3?

б52д>137са>23Чь>908г>210РЬ>т(;е>10бЕи, а по частоте видимых мутаций и летально пораженных клеток в расчете на I распад - соответственно в виде следующих рядов: _^Э7Са> 10бВи >б52п>210РЬ> и 652п >Э08г >10бВи >

Таблица 2

Максимальный уровень числа мутантных и летально порзженных клеток, вызванный радионуклидами в популяциях хлореллы

Радионуклид Концентрация, Число 3,7 Бк/л мутантных клеток, % летально поракеннг:

137Са ГО5 1,840,21 2,5*0,41

ю6 3,0±0,?7 • 5,5*0,29

б52п ю5 2,5*0,23 ад ,0*3,15

ю5 3,5-0,33 2,5*0,33

юб 4,2*0,39 • 3,0*0,25

ю5 1,3*0,13 5,0*0,41

юб 2,2*0,19 10,1*0,85

234ть_234Ра ю5 1,6*0,21 4,5*0,30

юб 2,5*0,27 6,8*0,72

21°РЬ-21°В1-210Ро 10* 3,5*0,32 18.Г*2,00

ю5 12,0*0,62 ВД,0*4,25

10бВи-106ВЬ го* 2,0*0,16 10,0*0,95.

ю5 7,0*0,26 25,0*1,12

Интересно отметить, что при увеличении концентрации ра-

дионуклидов в среде в 10 раз эффективность воздействия их доз и распадов снижает видимые мутации и летальное поражение клеток соответственно в 3-9 и 6-Ю раз.

Изучение дозовой зависимости регистрируемых генетических эффектов, вызываемых'радионуклидами, показало, что наблюдается линейная зависимость логарифма видимых мутаций и летальных повреждений от логарифма мощности дозы излучения радионуклидов.

Мутационный процесс, индуцируемый а популяциях хлореллы совместным действием радионуклидов с химическими агентами. Изучение совместного действия ^Эг и ^-'^Св (конц. Ъ,7• Лд^-3,7• 10^ Бк/л) с витаминами С и В^ показало, что эти химические вещества препятствует появлению максимумов в динамике мутационного процесса, индуцируемого в популяциях радионуклидами, и снижают уровень мутантных клеток от 1,3 до 2,8 %, а летально пораженных - от 1,3 до 4,2 % (разницы статистически достоверны, р=0,05). Вследствие этого при совместном действии радионуклидов с витаминами проявляется протекция и эффективность доз облучения этими радионуклидами " снижается в 2-30 раз. Исследование совместного действия и с ингибиторами репарации ДНК - акрифлавином и кофеи-

ном - показало, что эти хшдаиские агенты способствуют проявлению четкого максимума в мутационном процессе, индуцируемом в популяциях радионуклидами, и уровни мутантных клеток, вызываемые и увеличиваются на 7 и &-14 а

уровни 'летально пораженных клеток - на 2-12 и 5-9 Соответственно. Вследствие этого мутагенная эффективность " Зг снижается до 0,5-0,6, а 1А4Сэ - до .,9, а эффективность облучения 9°3г повыаается в 2-4,5 и 1Ч4Со - в 2,5-9 раз. Иухно отметить, что оба ингибитора з значительно болызей степени увеличивают эффективность воздействия доз на летальное поранение. чем на мутагенное. Количественный анализ показал, что

00 14-.fi. , ■

коэффициент взаимодействия и ^Св с ингибиторами репарации ДНК-акрифлавином и кофеином в основном «> I, что свидетельствует о синергизме генетических эффектов, индуцируемых этим взаимодействием.

Совместное действие 9°3г, 65гп, 10бЕи, 144Св. ь101Ъ о комплексонами индуцирует в популяциях сложный мутационный процесс, который условно можно разделить на 2 периода: в первом, длящемся примерно до 16 поколения, динамика мутационного' процесса, вызываемая радионуклидами, под влиянием комплексонсг изменяется незначительно; во втором, длящемся от 16 поколения и до конца опыта, в динамике -утационного процесса .тоеогъпо четко проявляются максимумы числа мутантных и летально пораженных клеток.

В г;;ггш-, периоде опыта уровни летально пораженных клеток, вызываемые в популяциях 106Ни, 144Св, 210РЬ при

¡6 1С

а ю в б 4 I-

¿036. 20 16 и в 4

%

А

П

| I

Н-!

. ьН-

пЬ

I I I I ■ч, I

ш

Се

гЬ

+1 1+1

а

гЬ

нн

Щи А'

11зигз/. из1из'> 113И131

^ ЛОрв

. А Щ 6

гЬ

ш

А

й Р

Нп

-»-I4*

и

Рис. 2. Уровни мутантных (А) и летально пораженных клеток (Б), индуцируемые в популяциях хлореллы радионуклидами (I), а также их совместным действием с комплексонами ЭДТА (2),

ДТМ (3) и ОЗДФ (4) в первом (_) и во втором (-'----)

периодах опыта

их совместном действии с комплексонами, снижаются на 26-38, 5-10, 2-3 и '(-18 % соответственно, а уровни мутантных клеток несколько увеличиваются (разницы статистически достоверны р~0,01). При совместном действии с комплсксонами уровни

мутантных клеток снижаются на 0,6-"2,0 %, в то время как уровни летально пораженных клеток при совместном действии этого радионуклида с ОЭД'5 достоверно повышаются, а с ЭДТА и ДТПА в основном не изменяются (рис- 2).

Во втором периоде опыта четких закономерностей в изменении под влиянием комплексонов уровней как мутантных, так и летально пораженных клеток, индуцируемых радионуклидами в популяциях, не отмечено (рис.2), что, по-видимому, обусловлено влиянием комплексонов на обмен веществ, а также распадом нестабильных комплексонатов.

Следует отметить, что под влиянием комплексонов мугп-генная эффективность ^п, 1/14Св, 210Рь и 10&йи как в первом, так и во втором периодах опыта увеличивается в 2-10, а

снижается в 3-10 раз. Эффективность воздействия распадов всех изученных радионуклидов, за исключением б52п и ■^Зг, под влиянием комплексонов увеличивается. Эффективность распадов ^га в отношении летального действия снижается в 5 и в отношении мутагенного действия снижается в 2,55 раз.

Количественный анализ совместного действия радионуклидов 'с комплексонами показал, что в первом периоде опыта наблюдается антагонизм (и^.1), а во втором - в основном синергизм I) генетических эффектов, вызываемых совместным действием радионуклидов и комплексонов в популяциях хлореллы.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Хроническое воздействие 137Сд> £52п>

23^-23^0, 210рь_210в1_210ро Юб^.Юб^ (концепт-рациях 3,7-10 -3,7« 10 Бк/л) на непрерывно растущие популяции хлореллы индуцирует в них мутационный процесс, интенсивность которого пропорциональна концентрации радионуклидов в среде или мощности дозы их излучения.

Следует отметить, что в%а, 234ТЬ, 210РЪ и 10бВи, Длина

пробега^З-частиц.которых меньше диаметра клеток хлореллы ( распадается по типу К-захвата) значительно задерживая рост культуры, в мутационном процессе, индуцируемом этими радионуклидами в популяциях, вызывают два максимума. С другой стороны, интенсивное поступление ^Са, 210РЬ и 106Ни /Марчюлёнене, 1973/ во внутриклеточные компартменты, по-видимому, обусловливает сходные механизмы индукции му-тантных и летально пораженных клеток, что в мутационном процессе проявляется в зеркальном отражении между динамикой му-тантных и жизнеспособных клеток. Следовательно, при формировании характера отдельных этапов динамики мутационного процесса,, индуцируемого радионуклидами в популяциях микроводорослей, важную роль, по-видимому, играют как физические характеристики этих радионуклидов, так и их распределений во внутриклеточных компартментах клеток.

который распадается по типу К-захвата, индуцирует в популяциях значительное число летально пораженных клеток при нерачительном мутагенном эффекте (рис.3 ). ^^Са, 1 Се, 210РЬ и 10бЕи, распадающиеся по типу инду-

цируют в этих популяциях такое же количество мутаций, как и но при более низком легальном эффекте. Вследствие этого дозы облучения в 3-100 раз эффективнее, а мутагенная эффективность в 5-23 раза меньше, чем дозы облучения и мутагенная эффективность других изученных радионуклидов. Распад

по типу К-захвата обусловливает значительную энергию трансмутации, передаваемую ДНК, с помощью которой этот радионуклид индуцирует в клетках значительное число двунитевых разрывов /драмой, 1983; Грачева, 1984/, что в популяциях выражается сильным летальным действием, а также значительной биологической эффективностью этого радионуклида.

Сравнение между собой радионуклидов, распадающихся по типу позволяет отметить, что радионуклиды, обладающие низкой энергией^-частиц, отличаются более сильным летальным действием, чем обладающие достаточно высокой энергией этих частиц (рис.3). Исключение составляет лишь "^Са, который, несмотря на высокую энергию распада (0,32 МэВ), отличается более сильным летальным действие!-*, чем энергия распа-

да которого - 0,19 МэВ. Более сильное летепьное действие

чем обусловливается, по-видимому, КН, который

у в 2 раза выше, чем у (табл. I).

5 Ю 15 20 15 30 35 и О Детально пораженные клетки, %

Рис. 3. Соотношение между частотой мутаций .и числом летально пораженных клеток в популяциях хлореллы, индуцируемых (МэВ): х _ ^г-90! (1,9), 2 - 137Са (1,8), 3 - (0,43),

4 - ^Се-1*4!* (0,77), 5 - 106Ви-10бЙ1 (0,09), б - 210РЪ--210В1-210Ро (0,06), 7 - 65га (0,032). В скобках указаны максимальные энергии распада^З-частиц

Можно предположить, что и 144Се формируют генетические эффекты в клетках хлореллы в основном за счет вклада трансмутационной составляющей своих распадов, так как энергия их довольно 1 ¡.окая (1,9 и 0,77 МэВ соответственно) и шдиационная составляющая реализуется за пределами клеток, который интенсивно поступает во внутриклеточные ком-

партменты, а среди изученных радионуклидов обладает самыми низкими КН (табл. I) и самой низкой энергией возбуждения (100 эВ), индуцирует в популяциях менее значительное число летально пораженных клеток, чем мутантных. ^^Со, который поступает в клетки с довольно высокими КН и аккумулируется в основном на оболочках этих клеток, к тому же энергия его возбуждения примерно в 200 раз выше, чем среди изучен-

ных радионуклидов индуцирует самое низкое число мутантных клеток (рис. 1) и в 2 раза большее по сравнению с число летально пораженных клеток(табл. 2).

144

Следовательно, Со, вклад трансмутационной составляющей которого довольно значителен, формирует в клетках в основном летальные события, а распад которого происходит в основном в ядрах и хлоропластах и который отличается'менее значительной трансмутационной составляющей, чем ^^Се, формирует в клетках в основном мутагенные события.

Нужно отметить, что после снижения комплексонами уровней накопления 210Ро, в хлорелле снижается их летальное действие и увеличивается мутагенная эффективность, а после снижения аккумуляции во внутриклеточных компарт-ментах, наоборот, летальное действие несколько увеличивается, а мутагенная эффективность снижается до 6 раз (рис,4 ). Из этого следует, что летальное действие радионуклидов обусловливается в основном высокими уровнями их накопления в клетках, а мутагенное - локализацией этих радионуклидов в генетически важных компартментах клеток.

Интенсивность изученных нами'доз облучения (от 1,1'10"^ до ЩО'Ю"^ Гр/сут) позволяет установить•существование обратной связи между эффективностью доз радионуклидов и мощностью этой дозы, а также между эффективностью распадов и концентрацией радионуклидов в среде или КН их в клетке хлореллы (рис. 5 и 6).

Можно предположить, что зависимости генетических эффектов от физических характеристик радионуклидов и от уровней-их аккумуляции в клетках отражают изменение внутриклеточной ситуации, возникающей в процессе облучения популяций микроводорослей, т.е. эндогенные факторы, которые обусловливаются активацией репарационных процессов, в ответ на облучение модифицируют зависимость генетических эффектов от интенсивно-

"i-г—i-г

1 2 3 й 5

Летально поржнныи т.%

Rio. 4. Соотношение частоты мутаций и летально порайонных клеток в популяциях хлореллы, индуцируемых радионуклидами (I): sojr- 9°У (А) и

. Mfi. (з) COjJ_ .честно с комллексонаш: ЭДТА (2), ДТ11А (3) и да (4)

10*40* 10* ю7 см

Енс. 6. Зависимость эсоСектив-ности распадов радионуклидов от их КН в хлорелле (1,2) и от их концентрации в среде (3)

Рцс. 5.Зависимость эффективности доз радионуклидов от мощности доз' их излучения

сти облучения. Однако существует экзогенная модификация радиационного эффек.з, в случае которой учитываются многообразные варианты взаимодействия облучения с химическими агентами /Ранчялис, 1982/.

Усиление репарационных способностей клеток витаминами С и В^^ сникает вероятность неправильных видов репарации, о чем свидетельствует одинаковый угол наклона линии регрессии числа мутантных и летально пораненных клеток. Кроме того, мутагенная эффективность ^Зг и "^Се под влиянием витаминов увеличивается примерно до одинакового предела (пы2). а под влиянием акрифлавина снижается до 0,5, что может быть обусловлено пределом модифицируемости клеток /Аверин и др., 1989/. '

Следует отметить, что комплексоны ЗЛА, ДТПА и ОЭДФ в начале их совместного действия с радионуклидами (до 16 сут) влияют, снижая уровни аккумуляции радионуклидов в клетках; на эндогенные факторы,, обусловливающие зависимость генетических эффектов от интенсивности облучения. Однако во второй половине опыта к эндогенной модификации генетических эффектов присоединяется бкзогенная, вследствие чего в мутационном процессе, проявляющемся в популяциях от 16 до 40 поколений, закономерностей не отмечено. Степень влияния комплексонов на генетические эффекты, индуцируемые я популяциях хлореллы радионуклиды, зависит как,от снижения уровней накопления в клетках и изменения локализации в клеточных компартментах, так и от воздействия комплексонов на физиологические способности клеток, которое обусловливаётоя образованием вредных веществ (например, формальдегида) при распаде комплексонов, а также нарушением обмена вещества в клетках.

Установлено, что протекция или синергизм генетических эффектов свидетельствует об экзогенной модификации радиационного эффекта, в случае которой изменяются физиологические способности клеток и вместе с тем повидаются или снижаются репарационные способности ДНК, в то время как антагонизм генетических эффектов свидетельствует о модйф! ".ации генетических эффектов за счет эндогенных факторов.

ВЫВОДЫ

1. Хроническое действие 137Сз, 65гп, ^г-90*, тСа-^Рг, 23^ь_234ра) 210рь_210м_210ро> 106^106^ (конц_

и 7

3,7'10 -3,7-10 Ек/л) на непрерывнЬ растущие популяции хлореллы индуцирует в них мутационный процесс, интенсивность которого пропорциональна концентрации радионуклидов в среде или мощности дозы их излучения.

2. Радионуклиды, интенсивно поступающие в клетки хлореллы и обладающие низкой энергиеГуЗ-частиц (0,06-0,09 МэВ), а также распадающиеся по 'типу К-захвата, индуцируют в мутационном процессе до 48 поколения два максимума, а радионуклиды, интенсивно поступающие во внутриклеточные компартмен-ты, вызывают зеркальность между динамикой числа мутантных и летально пораженных клеток.

3. Распадающийся по типу К-захвата отличается более сильным летальным действием, чем радионуклиды,.распадающиеся по типу/. Низкие энетэгии/3-частиц и высокие уровни

О л!» ОТО 1т /! /| *

накопления -"ЕЬ, РЬ,. °Ни и Се в хлорелле обусловливают значительное их летальное действие, а локализация 90Эг в ядрах и хлоропластах вызывает более значительное (в 1,4 раза) мутагенное, чем летальное действие. По своей мутагенной эффективности изученные тадионуклиды располагаются в виде следующего ряда: _>137Са >234ТЬ. >21оРЬ ^0бНи ^ 144Со >65ап.

4. Летальное действие радионуклидов обусловливается з основном типом распада, энергией излучения-и уровнями накопления радионуклидов в клетках, а мутагенное действие - как локализацией этих радионуклидов во внутриклеточных компарт-ментах, так и величиной энергии их^-частиц.

5. При интенсивности облучения радионуклидами от

1,6* ГО"'* до НТО* 10""'' Гр/сут существует обратная связь между частотой генетических повреждений на I Гр и мощностью дооы излучения, а также между частотой генетических повреждение на один распад и концентрацией радионуклидоз в среде, а "также их КН в клеткг .

6. Вследствие экзогенной модификации генетических эффектов, индуцируемых и ^Св в популяциях хлореллы, ви-

тамины С и В^ (в конц. З-Ю"* и 10"^ М соответственно) пре-к пятствуют появлени 1 максимумов в мутационном процессе и снижают эффективность доз и распадов радионуклидов в 2-30 раз. Акрифлавин и кофеин (конц. Ю-^ и 10"^ М соответственно) способствуют проявлению четких максимумов в мутационном процессе и повышению уровней мутантных и летально пораженных клеток, -индуцируемых в популяциях и ^^Се, а эффективность доз и распадов этих радионуклидов под влиянием акрифлавин а и кофеина повышается до 10 раз.

7. Комплексоны, снижая уровни накопления ^^Се,

210РЪ и 10бЕи в хлорелле в 2-2000 раз на 4-8 поколениях,

уменьшают их летальное действие в 1,5-20 раз и, препятствуя ао

поступлению ^ Бг во внутриклеточные компартменты клеток, уменьшают его мутагенное действие в 2-Ю раз, а в 32 поколении вызывают значительное повышение уровней мутантных и летально пораженных клеток, индуцируемых всеми радионуклидам^, вследствие чего эффективность их распадов увеличивается в 8000 раз.

8. Количественная оценка взаимодействия радионуклидов с химиче-скими агентами на популяции хлореллы показала, что при экзогенной модификации радиационного эффекта проявляется в ■основном протекция или синергизм, а при эндогенной - антагонизм генетических эффектов, индуцируемых этими взаимодействиями в популяциях.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Марчюлёнене Д.П., Швобене Р.Я., Шулиене Р.И., Шевченко

B.А. Физиологические и генетические эффекты, индуцируемые в культуре' хлореллы радионуклидами // Гидробиол. журн. -1983. - Т. 19, вып. б. - С. .47-53.

2. Швобене Р.Я., Марчюлёнене Д.П.; Шулиене Р.И. Сравнительное изучение действия некоторых радионуклидов на популяции хлореллы // Радиобиология. - 1984. - Т. 24, вып. 5. -

C. 786-789.

3. Птицина С.Н., Швобене Р.Я., Шевченко В.А., Сергеева С.А. Мутационный процесс в популяции хлореллы при комбинированном действии радионуклидов и химических мутагенов // Генетика. - 1985. - Т. 21, вып. 3. - С. 391-395.

4. Швобене Р.Я.а Марчюлёнене Л.П., Шулиене Р.И. Влияние не" которых химических соединений на физиологические и генетические эффекты, вызванные радионуклидами в популяциях хлореллы // Радиобиология. - 1986. - Т. 26, вып. б. -

С. 778-782.

5. Пвобене Р.Я., Марчплёнене Л.П. Генетические эффекты, индуцируемые в популяциях хлореллы радионуклидами, и антимутагенное действие витамином С и В^ // Теплоэнергетика и окружающая среда. - Вильнюс: Мокслас, Г987. - Т. б. -

. С. 123-130.

6. Швобене Р.Я. Мутабильность популяций микроводоросли хлореллы в зависимости от репарационных способностей ее кле-

. ток // Научные достижения микробиологов - народному хозяйству. - Вильнюс, 1988. - Ч. I. - С. 108-111.

7. Швобене Р,Я.,•Марчплёнене Л.П. Мутационный процесс в популяциях хлореллы при действии радионуклидов // Генетика, - 1989. - Т. 25, 3 И. - С. 1946-1951.

8. Марчплёнене Л.П., Швобене Р.Я., Цинцклявичюте З.П. Накопление гидрофита«:« я зазванные этим радионуклидом ге-нетичеоккз эффекты а популящ « шкро водорослей // Радиобиология. - 1953. - Т. 29, вып. 2.. - С. 256-26Г.

9. ЙЕобене Р., Марчплёнене Д. Влияние кокплсксонов на вы-званниз радионуклида!:« мутационные 'процессы з популяциях хлорзллц // Эксперинснтглытя зодная токсикологию. - Рига: Занятие, 1990. - Вып. 14. - С. 56-67.