Сравнительный анализ биологических эффектов нейтронных пучков ядерных реакторов при непрерывном и импульсном режимах облучения у клеток дрожжей Saccharomyces

Комарова, Елена Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Сравнительный анализ биологических эффектов нейтронных пучков ядерных реакторов при непрерывном и импульсном режимах облучения у клеток дрожжей Saccharomyces
ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Сравнительный анализ биологических эффектов нейтронных пучков ядерных реакторов при непрерывном и импульсном режимах облучения у клеток дрожжей Saccharomyces"

На правах рукописи

□03448815

КОМАРОВА Елена Владимировна

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ НЕЙТРОННЫХ ПУЧКОВ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ И ИМПУЛЬСНОМ РЕЖИМАХ ОБЛУЧЕНИЯ У КЛЕТОК ДРОЖЖЕЙ &4СС#ЛДОМГС££

03 00 01 - радиобиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 6 онт 2008

Обнинск - 2008

003448815

Работа выполнена в отделе радиационной биофизики Государственного учреждения - Медицинский радиологический научный центр Российской академии медицинских наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, старший научный сотрудник по специальности 03 00 01 - радиобиология ЦЫБ Тамара Семеновна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор ГЕРАСЬКИН Станислав Алексеевич, кандидат медицинских наук ЮЖАКОВ Вадим Васильевич

Ведущая организация:

Институт химической физики имени Н.Н Семенова РАН, г Москва

Защита состоится 25 ноября 2008 г в 1100 часов на заседании диссертационного совета Д 00101101 при ГУ - Медицинский радиологический научный центр Российской академии медицинских наук по адресу 249036, Калужская обл , г Обнинск, ул Королева, 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ - МРНЦ РАМН

Автореферат разослан « 3 » октября 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Палыга Г Ф

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Исследование биологической эффективности действия быстрых нейтронов остается одним из наиболее актуальных направлений в современной радиобиологии как в фундаментальном, так и в прикладном плане В последние годы для медико-биологических исследований используются различные источники нейтронного излучения, в частности, ядерные реакторы, которые могут быть перспективны для лучевой терапии злокачественных новообразований Хотя за последние годы представления о биологическом действии нейтронов существенно расширились, повысилась точность дозиметрии, но еще предстоит ответить на целый ряд принципиальных вопросов Так, возникает вопрос о сравнительном анализе биологических эффектов нейтронных пучков реакторов, различающихся по физико-дозиметрическим характеристикам Мало изученной остается проблема биологической эффективности нейтронов, действующих с высокой мощностью дозы (более 10б Гр/с) Имеются противоречивые данные (Рябченко НИ и др, 2005, Корякина ЕВ и др , 2005) о влиянии мощности дозы (МД) нейтронов на биологические эффекты при работе с одним и тем же объектом (лимфоциты человека), по одному и тому же тесту (аберрации хромосом) с использованием нейтронов импульсного реактора БАРС-6

В доступной нам литературе не найдено работ, где бы на одной клеточной системе с различным репарационным генотипом клеток проводилось одновременное изучение летального, генетического и других эффектов быстрых нейтронов в широком диапазоне МД До настоящего времени не существует единой концепции радиационного мутагенеза, индуцированного нейтронным излучением, роли пострадиационного восстановления в формировании конечного эффекта, нет четких данных о биологических эффектах нейтронов в малых дозах, действующих с различной МД Применяемый в данной работе уникальный импульсный реактор БАРС-6 (ГНЦ РФ - Физико-энергетический институт г Обнинск) позволяет получать отдельные импульсы нейтронного излучения длительностью около 65 - 70 мкс и также способен генерировать нейтронное излучение в непрерывном режиме работы при сохранении всех физико-дозиметрических характеристик импульсного излучения, что дает возможность корректно изучать эффекты МД нейтронов

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение биологических эффектов реакторных нейтронов, действующих с различной мощностью дозы, у клеток дрожжей БассИаготусез различного генотипа Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи

различного генотипа по тесту инактивации колонеобразующей способности, формам гибели облученных клеток, возникновению генетических изменений,

- сравнить биологическое действие нейтронов импульсного реактора БАРС-6 в стационарном режиме облучении (~ 102 Гр/с) и при облучении одним импульсом со сверхвысокой МД (~ 106 Гр/с),

-изучить возможность влияния репарационных систем клетки на выраженность летального эффекта нейтронов в зависимости от МД с использованием радиочувствительных мутантов дрожжей,

-оценить биологическую эффективность нейтронов в области «малых» (неинактивирующих) доз с использованием метода микроколоний

Научная новизна. Впервые на реакторе БАРС-6 была использована уникальная возможность изучения эффекта сверхвысокой МД нейтронов при облучении клеток в стационарном и импульсном режимах при одних и тех же условиях облучения (расстояния от активных зон реактора, одинаковое число делений в активных зонах реактора), что позволяет наиболее корректно получить и оценить экспериментальные данные

Впервые на одной клеточной системе - дрожжей БассИаготусея, включающей как дикий тип, так и радиочувствительные мутанты, проведено сравнительное изучение летальных и генетических эффектов двух пучков нейтронов - канала Б-3 реактора БР-10 (Ё = 0,85 МэВ) и импульсного реактора БАРС-6 (Ё = 1,44 МэВ) и дана оценка биологических эффектов нейтронов в зависимости от МД (от ~ 10 1 Гр/с до ~ 107 Гр/с)

Показано, что исследуемые пучки нейтронов в ~ 2 раза эффективнее у-излучения по тесту гибели и индукции генетических изменений в клетках независимо от МД нейтронов и значимо не отличаются по этим тестам один от другого Величина ОБЭ нейтронов по этим тестам находится в пределах 1,5 -2,0 в зависимости от генотипа клеток

Впервые в настоящей работе предпринята попытка определения биологической эффективности нейтронов в «малых» (неинактивирующих, выживаемость 100%) дозах с применением метода микроколоний, предложенным В И Корогодиным для определения форм гибели летально облученных клеток

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Биологическая эффективность нейтронов канала Б-3 реактора БР-10 и импульсного реактора БАРС-6 по тесту гибели клеток дрожжей Басскаготусеэ различного генотипа и по индукции генетических изменений в геноме клетки не зависит от мощности дозы нейтронов, различающейся в ~ 108 раз

2 Вклад в ОБЭ нейтронов вносят только те системы репарации повреждений ДНК, которые функционируют наиболее эффективно в области малых и средних доз

3 Метод микроколоний предложен как тест для определения биологической эффективности ИИ, действующих в «малых» дозах

Научно-практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований могут иметь, прежде всего, практическое значение для прикладной радиобиологии, являясь одной из предпосылок при разработке радиобиологических основ нейтронной терапии Также они могут оказаться полезными для прогнозирования тяжести лучевых поражений и оценки генетической опасности при воздействии быстрых нейтронов ядерных реакторов Данные, полученные по индукции генетических изменений в клетке, индуцированных у-излучением и нейтронами при равном уровне эффекта, могут иметь практическое применение при планировании схем лучевой терапии, где степень генетического риска будет рассчитываться на уровне терапевтического выигрыша (т е гибель опухолевых клеток), а не при эквивалентных дозах При таком подходе нейтроны не будут более генотоксичны для пациентов, чем у-излучение Исследования с другими пучками нейтронов для установления их генотоксичности (как и цитотоксичности) необходимо проводить как при эквивалентных дозах, так и при эквивалентных уровнях эффекта Полученные данные пополнят теоретические и прикладные знания о биологическом действии нейтронных пучков, различающихся по физико-дозиметрическим характеристикам

Апробация работы Основные положения диссертационной работы доложены на International conference "Modern Problems of Radiobiology, Radioecology and Evolution" (Dubna, 2000), 2nd International conference "The effects of low and very low doses of ionizing radiation on human health" (Ireland, Dublin, 2001), 31st Annual Meeting of the European Society for Radiation Biology (Dresden, Germany, 2001), IV Съезд по радиационным исследованиям (Москва, 2001), The Ninth Neutron Dosimetry Symposium (Netherlands, 2003), The 2nd International Conference on Radioactivity in the Environment (France, Nice, 2005), 4th International Workshop on Space Radiation Research and 17th Annual NASA Space Radiation Health Investigator's Workshop (Dubna, 2006), V congress on radiation research (radiobiology, radioecology, radiation protection) (Moscow, 2006), International Conference on radioecology environmental radioactivity (Bergen, 2008), Второй Санкт-Петербургский международный экологический форум "Окружающая среда и здоровье человека" (Санкт-Петербург, 2008)

Диссертация апробирована на научной конференции экспериментального радиологического сектора ГУ-МРНЦ РАМН 25 июля 2008 г (протокол № 231).

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 147 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, двух глав, содержащих результаты экспериментальных исследований и их обсуждение, выводов и списка литературы, содержащего 217 источника, из которых 161 опубликованы на английском языке и 53 - на русском Результаты работы иллюстрированы 10 таблицами и 35 рисунками

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объект исследования.

В работе использованы следующие штаммы дрожжей диплоидные клетки дикого типа Saccharomyces vim штамм Мегри 139-В (RAD/RAD), гомозиготная линия Saccharomyces cerevisae диплоид XS800 (RAD/RAD), гаплоид S288C (RAD) и радиочувствительный мутант XS1898 (rad52-l/rad52-l) и гомозиготная линия Sacch cerev штамм Т1 (RAD/RAD) и радиочувствительный мутант -штамм ТЗ (rad54/rad54) Клетки штаммов XS1898 и ТЗ дефектны по репарации радиационных повреждений ДНК и митотической рекомбинации (Захаров И А, 1979)

Методы исследования.

Одним из тестов в данной работе была выбрана выживаемость, определяемая по способности клеток образовывать макроколонии на чашках Петри на твердой питательной среде при 30 °С на 5 - 7 сутки инкубации

Для описания кривых выживаемости использовалась одноударная многомишенная модель летального действия ИИ, согласно которой сигмоидная кривая выживаемости описывается уравнением S(D) = 1 -[1 -exp(-D/D0)]", а экспоненциальная кривая S(D) = -exp(-D/Dm)", где п - экстраполяционное число, D0 - средняя летальная доза, снижающая выживаемость клеток в е раз на прямолинейном участке кривой

Для максимального проявления эффекта восстановления колонеобразующей способности часть облученных клеток перед посевом выдерживали 3 сут в фосфатном буфере (pH = 7,0) при температуре 30°С

Величину ОБЭ нейтронов определяли по отношению среднелетальных доз (D0) стандартного у-излучения 60Со и нейтронного излучения, а также отношением доз при равных уровнях эффекта Для оценки величины ОБЭ нейтронов в области «малых» (неинактивирующих) доз использовали метод микроколоний (Корогодин В И, 1966), для чего необлученные и облученные клетки наносили на пластинки с твердой питательной средой и культивировали 24 ч при 30 °С По формированию нетипичных микроколоний клетками, облученными нейтронами и у-излучением, определяли ОБЭ нейтронов

В экспериментах для изучения индуцированного мутагенеза использовались клетки дрожжей дикого типа штамма Т1, который является компаундом по комплементирующим аллелям гена ADE2 и позволяет зарегистрировать суммарную частоту всех событий, ведущих к митотической сегрегации, и дифференцировать события реципрокной рекомбинации (кроссинговер) Фенотипически мутантные клетки проявляются в изменении окраски макроколоний Розовые, красные или секторные колонии на чашке -

митотические сегреганты Частоту общей митотической сегрегации определяли по отношению всех мутантных колоний, отличающихся по окраске от белых, к общему числу выживших колоний и выражали в процентах

Источники ионизирующего излучения и условия облучения.

Источником стандартного у-излучения 60Со служила установка «Исследователь» (МД =1-2 Гр/с, Ёу= 1,25 МэВ, ЛПЭ = 0,3 кэВ/мкм)

В качестве источников быстрых нейтронов служили канал Б-3 реактора БР-10 (Ё = 0,85 МэВ, МД = 6,3 ] О"2 Гр/с, ЛПЭ = 80 кэВ/мкм, вклад у-излучения ~ 5 %) и импульсный реактор БАРС-6 (Е = 1,44 МэВ, МД ~ 6 106 Гр/с, ЛПЭ = 75 кэВ/мкм, вклад у-излучения ~ 10 - 20%) Государственного научного центра РФ - Физико-энергетический институт (ГНЦ РФ - ФЭИ)

Исследование эффектов МД нейтронного излучения проводили на импульсном реакторе БАРС-6 Длительность облучения в режиме одиночного импульса составляла 65 - 70 мкс, что обеспечивало МД от ~ 105 до ~ 107 Гр/с, в непрерывном режиме облучения - 60 мин при МД от ~ 10 1 до ~ 10"3 Гр/с при сохранении одинаковых условий облучения (число делений было примерно одинаковым, энергетический спектр нейтронов близок к спектру деления, сохранялось соотношение Dn/Dy) Согласно определению, данному в толковом физическом словаре (Брюханов А В и др, 1988), «импульс» - это кратковременный сигнал, и поэтому можно сказать, что время облучения 65 мкс - это «импульс» по сравнению со временем облучения 60 мин

При работе на реакторе БР-10 2 мл суспензии клеток в стационарной стадии роста (106 кл/мл) в пластиковых пробирках помещали непосредственно в канал Б-3 на расстоянии 310 мм от активной зоны (A3) Максимальное время облучения 200 мин, набор доз нейтронов составлял от 10 до 600 Гр При облучении нейтронами реактора БАРС-6 пластиковые пробирки с суспензией клеток (2 мл) вместе с дозиметрами помещали в пластиковые кассеты, которые за 1 ч до облучения (время, необходимое для подготовки) располагали на вертикальном стержне на разном расстоянии от средней плоскости A3, обеспечивая набор доз нейтронов от 5 Гр до 800 Гр Облучение сверхмощным одиночным импульсом и непрерывно проводили с интервалом 24 ч После облучения пробирки с облученной суспензией удаляли из реакторного зала через 2,5 - 3 ч (минимальное время, необходимое по соображениям радиационной безопасности) Проведено 7 экспериментов с двумя режимами облучения

При обработке экспериментальных данных использовали стандартные методы статистического анализа Статистическую обработку полученных данных и определение параметров кривых выживаемости проводили с помощью "Origin 6 0" ("Microcal Software"), Eureka Достоверность полученных результатов и значимость их различий между собой оценивали с помощью t-критерия

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Летальные эффекты быстрых нейтронов импульсного реактора БАРС-6, действующих с различной мощностью дозы, и канала Б-3 реактора БР-10 для клеток дрожжей различного генотипа

В настоящем исследовании сравнивали летальные эффекты нейтронов импульсного реактора БАРС-6, действующих в широком диапазоне МД - от ~ 10'1 Гр/с до ~ 107 Гр/с, и нейтронов канала Б-3 реактора БР-10. Проведен анализ дозовых кривых выживаемости клеток дрожжей различного генотипа, облученных нейтронами реактора БАРС-6 с различной МД. На рисунке 1 представлены кривые выживаемости изогенной линии дрожжей: диплоидные клетки дикого типа - штамм Х8800 (а), гаплоидные клетки дикого типа -штамм Б288С (б) и диплоидные клетки мутантного штамма Х81898 (гас!52-1/гас152-1), дефектные по репарации радиационных повреждений двойных разрывов (ДР) ДНК (в), облученных у-излучением или нейтронами реактора БАРС-6 в разных режимах.

Рис.1. Кривые выживаемости диплоидных клеток дрожжей Х8800 (а), гаплоидных клеток дрожжей 8288С (б), диплоидных клеток дрожжей ХБ1898 (гас)52-1/га(152-1) (в), облученных у-излучением (кр. 1), одиночным импульсом нейтронов (кр. 2, заполненные значки) или непрерывно (кр. 3. открытые значки) реактора БАРС-6, посеянных сразу, или после трехсуточного восстановления в непитательной среде (кр. 4 - восстановление после у-излучения, кр. 5 - восстановление после нейтронов).

Из рис. 1 (а - в) видно, что кривые выживаемости для этих штаммов при облучении нейтронами в разных режимах совпадают (кривые 2, 3), а также показано (рис. 1а), что кривые выживаемости диплоидных клеток дрожжей дикого типа, облученных как у-излучением, так и нейтронами, имеют сигмоидную форму и одинаково способны восстанавливаться от повреждений, индуцированных у-излучением и нейтронами реактора БАРС-6 независимо от МД, о чем свидетельствует одинаковая величина коэффициента необратимого

поражения (Ку = 0,45±0,05 и К„ = 0,50±0,06 - 0,52±0,05) Кривые выживаемости гаплоидных клеток и радиочувствительных мутантов - экспоненты (рис 16, в) и клетки неспособны к пострадиационному восстановлению (К = 1) Из таблиц 1, 2 видно, что все кривые выживаемости клеток, облученных нейтронами одиночным импульсом или непрерывно, характеризуются меньшей величиной Оо, а диплоидные клетки дрожжей дикого типа - меньшим числом п по сравнению с кривой выживаемости после облучения у-излучением Для клеток, облученных нейтронами с разной МД, параметры кривых выживаемости колеблются вокруг средних значений, и с учетом ошибок эксперимента и погрешностей дозиметрии различия их недостоверны

Таблица 1 Радиобиологические характеристики кривых выживаемости клеток дрожжей БассИаготусез, облученных у-излучением 60Со, одиночным импульсом нейтронов реактора БАРС-6

Штамм Генотип у-излученне одиночный импульс нейтронов

Оо,Гр п О0,Гр п ОБЭ

Мегри 139-в (КАП НА!)) 200,5±8,2 5,3±0,5 115,2±27,0 2,8±0,2 1,74±0,41

ХБ800 (КАОКАИ) 200,0±15,3 3,4±0,4 98,5±6,2 2,0±0,3 2,03±0,12

8288С (КАй) 1-67,4±6,1 11-315,4±16,4 1,0 I-34,9±2,516 II-162,2±5,3 1,0 1-1,93±0,22 Н-1,94±0,12

Х81898 (гаи52-1 гаи52-1) 28,9±2,2 1,0 16,6±0,4 1,0 1,74±0,14

Т1 (ПАВ НЛЦ) 245,5±12,0 2,4±0,4 142,1±15,4 1,5±0,2 1,73±0,21

ТЗ (гЫ54 гси154) 27,0±1,8 1,0 18,0±1,5 1,0 1,50±0,13

Таблица 2 Радиобиологические характеристики кривых выживаемости клеток дрожжей Басс/гаготусез, облученных у-излучением б0Со, нейтронами реактора БАРС-6 в непрерывном режиме облучения

Штамм Генотип у-излучение нейтроны в непрерывном режиме

а.тр п 0„.Гр п ОБЭ

Мегри 139-В (КАП КАО) 200,5±8,2 5,3±0,5 112,1±13,1 2,9±0,4 1,79±0,22

Х5800 (КЛОКА й) 200,0±15,3 3,4±0,4 98,5±6,2 2,0±0,3 2,03±0,13

Б288С (Мй) 1-67,4±6,1 П-315,4±16,4 1,0 1-34,9±2,516 П-162,2±5,3 1,0 I-1,93±0,22 II-1,94±0,12

Х81898 (гал: 1 гаЛ2-1) 28,9±2,2 1,0 16,6±0,4 1,0 1,74±0,14

Т1 (я.-ю ми) 245,5±12,0 2,4±0,4 137,9±10,4 1,4±0,2 1,78±0,16

ТЗ (гаЛ4'гЫ54) 27,0±1,8 1,0 18,0±1,5 1,0 1,50±0,13

В этой серии экспериментов также сравнивали биологическую эффектность нейтронов канала Б-3 реактора БР-10 и реактора БАРС-10, действующих в непрерывном режиме Использовали клетки одних и тех же

штаммов дрожжей БассИаготусев различного генотипа 3 штамма диплоидных клеток дикого типа (Мегри 139-В, ХББОО, и Т1), 1 штамм гаплоидных клеток дикого типа и радиочувствительные мутанты гас!52-1/гас152-1 и гас)54/гас154, дефектные по репарации ДР ДНК В таблице 3 даны радиобиологические параметры кривых выживаемости всех использованных штаммов, облученных нейтронами канала Б-3 реактора БР-10 и у-излучением, которые показывают, что кривые выживаемости диплоидных клеток дрожжей дикого типа, облученных как у-излучением, так и нейтронами, имеют сигмоидную форму и клетки способны к пострадиационному восстановлению (Кг = 0,45±0,05, К„= 0,52±0,06), что согласуется с ранее полученными данными (Кабакова Н М и др, 1979) Но параметры и п характеризуются меньшей величиной (табл 3) при облучении клеток нейтронами, чем при облучении у-излучением, подобно как и облученных нейтронами реактора БАРС-6 в непрерывном режиме (табл. 2) Параметр п = 1,0 кривых выживаемости гаплоидных клеток и радиочувствительных мутантов (табл 3) указывает на экспоненциальный характер кривых независимо от вида излучения и неспособность этих клеток к пострадиационному восстановлению (К = 1)

Таблшр 3 Радиобиологические характеристики кривых выживаемости клеток дрожжей &ссЛс7га/п>'се5, облученных у-излучением 60Со, нейтронами канала Б-3 реактора БР-10

Штамм Генотип у-излучение нейтроны

о„,гР п 0,,Гр п ОБЭ

Мегри 139-В <Ш)1Ы1)<) 157,0±12,1 4,5±1,2 77,3±6,5 2,2±0,3 2,03±0,24

8288С (КАП) 1-45,3±5,5 Н-181,0±15,9 1,0 1-23,8±3,0 Н-95,0±8,2 1,0 1-1,90±0,33 Н-1,91±0,24

Х81898 (гас!52-1 Ш52-1) 27,0±3,0 1,0 17,0±2,0 1,0 1,59±0,22

Т1 (ЮЮНАО) 236,4±25Д 6,7±2,9 116,3±1,9 3,1±0,6 2,03±0,22

ТЗ (гаЛ4 га<!54) 24,0±1,1 1,0 15,0±1,2 1,0 1,60±0Д8

Можно полагать, что несмотря на разную биологическую эффективность у-излучения и нейтронов, закономерности пострадиационного восстановления клеток, пораженных этими излучениями, если и не идентичны, то во всяком случае близки, что выражается одинаковой величиной коэффициента К и может свидетельствовать об одинаковой обратимости элементарных радиационных повреждений в диплоидных клетках дрожжей, облученных у-излучением и нейтронами в изоэффективных дозах и одинаковом по своей интенсивности функционировании репарационных систем, участвующих в репарации этих повреждений

Исходя из характеристик (табл 1 - 3), полученных в опытах, определена величина ОБЭ (Д0у/Д0и) нейтронов Видно, что для всех использованных типов клеток гаплоидных, диплоидных и мутантных штаммов величина ОБЭ нейтронов реактора БАРС-6 независимо от МД находится в узком коридоре

1,50 - 2,03 в зависимости от штамма и мало зависит от способности клеток репарировать повреждения ДНК Об этом свидетельствует высокая величина ОБЭ нейтронов = 1,74 - 1,93 для гаплоидных клеток и диплоидных клеток-мутанта rad52, дефектного по репарации ДР, и которая достоверно не отличается от величины ОБЭ = 2,03 для диплоидных клеток изогенного штамма XS800 (табл 1, 2) Величина ОБЭ нейтронов канала Б-3 реактора БР-10, равная 1,59 - 2,03 в зависимости от штамма (табл 3), одинакова с величиной ОБЭ = 1,50 - 2,03 нейтронов импульсного реактора БАРС-6 (табл 2), те не найдено повышенной биологической эффективности нейтронов для высокорезистентных диплоидных клеток по сравнению с радиочувствительными мутантами

Таким образом, величина ОБЭ нейтронов по клеточной гибели клеток дрожжей различного генотипа не зависит от МД нейтронов, различающейся в ~108 раз

При определении величины ОБЭ, как отношение доз при одинаковом эффекте (рис 2), видно, что максимальная величина ОБЭ нейтронов (3,1 - 4,2 в зависимости от штамма) регистрируется для диплоидных клеток дикого типа на уровне выживаемости 90% и снижается до 2,0 на уровне 1% Для гаплоидных и мутантных клеток величина ОБЭ нейтронов постоянна и с учетом ошибок эксперимента и дозиметрии достоверно близка к величине ОБЭ нейтронов для диплоидных клеток на уровне выживаемости 1% и ниже, тек величине ОБЭ, определяемой отношением Доу/Д0и

Таким образом, достоверные различия в величине ОБЭ нейтронов двух реакторов независимо от МД по тесту гибели диплоидных клеток дикого типа с полноценной системой репарации повреждений ДНК, гаплоидных клеток и диплоидных клеток мутантных штаммов, дефектных по репарации ДР ДНК, регистрируются только в области высокой выживаемости

БАРС-6

• Мегри 139-В - лмп , лепр sjc XS800 - пмп , непр •ir S288C - имп , нспр

♦ XS1898 - имп , нспр ■ Т1 - имп, непр А ТЗ -имп , нспр BN0

о Мегрн 139-В £ S288C 0 XS1898 □ Т1 Д ТЗ

Выживаемость, %

Рис 2 Зависимость величины ОБЭ нейтронов реактора БАРС-6, действующих в режиме одиночного импульса или в стационарном режиме, и реактора БР-10 по тесту гибели клеток дрожжей Saccharomyces с различным репарационным генотипом при равных уровнях выживаемости

Если рассматривать полученные данные с позиции вклада процессов пострадиационного восстановления в формирование ОБЭ плотноионизирующих излучений по летальности клеток дрожжей (Петин В Г, 1987, Frankenberg-Schwager М et al, 1990), можно было ожидать, что величина ОБЭ нейтронов для гибели гаплоидных клеток дикого типа и диплоидных радиочувствительных мутантов, которые не способны восстанавливаться от радиационных повреждений, будет значительно ниже, чем для диплоидных клеток изогенного штамма В работе получены сравнимые величины ОБЭ по тесту гибели этих клеток и изогенных диплоидных штаммов дикого типа и они значимо различаются только при уровне выживаемости более 50% Это может свидетельствовать, что вклад в ОБЭ нейтронов вносят только те системы репарации повреждений ДНК, которые функционируют наиболее эффективно в определенной области доз (район плеча) и становятся несущественными при больших дозах Достаточно высокую величину ОБЭ для гаплоидных клеток и радиочувствительных мутантов можно попытаться объяснить, предполагая, что повреждения ДНК могут быть узнаны и репарированы больше, чем одним ДНК-репарационным процессом (Dudas А, Chovanec Н., 2004), или существует RAD 52 независимая рекомбинационная система репарации, которая отличается от RAD 52 зависимой системы, или, возможно, в rad-52 мутантах присутствует небольшое количество функционального RAD52 продукта, т е клетки могут быть способны к репарации части повреждений ДНК (Hoekstra М F et al, 1986) Возможно, нейтроны индуцируют «уникальные» повреждения в отличие от у-излучения (Goodhead DT et al, 1993) В последние годы поддерживается гипотеза (Ward JF, 1985), что плотноионизирующие излучения, включая нейтроны, индуцируют в клетке более тяжелые повреждения ДНК - кластерные повреждения, которые включают комплекс нерепарабельных, высокорезистентных к репарации повреждений, но пока невозможно оценить их биологическую значимость, рассчитать индукцию и репарацию (Sucherland В М et al, 2000) С увеличением дозы число таких повреждений, очевидно, возрастает, и они становятся одинаково детальны как для клеток с полноценной системой репарации, так и для гаплоидных и мутантных клеток

Определение ОБЭ нейтронов в области низких доз (выживаемость > 90%)

Существует высокая степень неопределенности при экспериментальной оценке величины ОБЭ нейтронов при высокой выживаемости клеток (выше 90 %) В этой области доз определить величину ОБЭ нейтронов по тесту летальности не представляется возможным Такую возможность дает анализ микроколоний, сформированных клетками, облученными ионизирующими излучениями Этот метод был предложен В И Корогодиным (1966) для

определения форм гибели летально облученных клеток. Клетки дикого типа Мегри 139-В облучали у-излучением в дозах от 10- 90 Гр и нейтронами в дозах от 3 до 25 Гр, которые в 5 - 10 раз меньше среднелетапьных доз и при которых выживаемость была всегда 100%. К 18 ч необлученные (контрольные) клетки массово формируют микроколонии, состоящие из тысяч компактно расположенных клеток. Облученные клетки наряду с такими микроколониями формируют целый спектр многоклеточных микроколоний после 3 и более циклов почкования: типичные микроколонии и ветвистые, рыхлые, состоящие из 10 и более крупных клеток (рис. 3). Необходимо подчеркнуть, что такие формы микроколоний характерны для летально облученных клеток. Наблюдаемое разнообразие форм микроколоний свидетельствует о гетерогенности поражения клеток в популяции. Очевидно, при действии нейтронов за счет разных частей энергетического спектра с высокой ЛПЭ возникают повреждения различных структур клетки, выражающиеся в задержке перехода ядра из материнской клетки в дочернюю клетку и в повреждении механизма отделения почек, результатом чего и может быть такое разнообразие микроколоний.

Типичная микроколония

К 24 ч инкубации как контрольные, так и облученные клетки массово формируют типичные микроколонии. Выход нетипичных форм микроколоний зависит от дозы и вида ИИ (рис. 4).

Рис. 3. Микроколонии, сформированные клетками дрожжей штамма Мегри 139-В, облученными нейтронами в дозе 10 Гр (18 ч инкубации).

Нетипичные микроколонии

Рис. 4. Дозовая зависимость формирования нетипичных форм микроколоний клетками дрожжей Мегри 139-В (18 ч культивирования на твердой питательной среде при 30 °С), облученных у-излучением (кр. 1), нейтронами реактора БАРС-6 (кр. 2) - одиночным импульсом (заполненные значки) или непрерывно (открытые значки) и нейтронами канала Б-3 реактора БР-10 (кр. 3).

О 10 20 30 40 50 во 70 80 90 100

Доза, Гр

Из рисунка видно, что при равном уровне эффекта клетки, облученные нейтронами реактора БР-10 (кр. 3) или нейтронами реактора БАРС-6 (кр. 2) независимо от МД, в 4 - 7 раз эффективней в формировании измененных форм микроколоний по сравнению с клетками, облученными у-излучением (кр. 1).

Чтобы показать возможность определения ОБЭ нейтронов по этому тесту в области малых доз, на рис. 5 представлены расчетные кривые значений ОБЭ от дозы в широком диапазоне (от 1 Гр до 1000 Гр), в основе которых лежат радиобиологические параметры кривых выживаемости (О0 и п).

* 1

2 Ч

-уУ».........N•

Ж ........>

1 ю 100

Доза, Гр

2 1« о

ч 1 N V 2 ..... б

К ^ "

......... " N..............................

.................. 3 .............

4 >1

.......:.............1.......*......

10 100 1000 Доза, Гр

Рис.5. Зависимость величины ОБЭ от дозы нейтронов канала Б-3 реактора БР-10 (а, *) и нейтронов импульсного реактора БАРС-6 (б, *) по тесту формирования нетипичных микроколоний облученными диплоидными клетками дрожжей дикого типа (штамм Мегри 139-В). Расчетная величина ОБЭ нейтронов ( — -) от дозы в зависимости от параметра п (п = 2,0, кр. 1; « = 3,0, кр. 2).

Высокие значения ОБЭ нейтронов (4 - 7) в области «малых» доз по тесту формирования измененных форм микроколоний близки к расчетной кривой зависимости ОБЭ нейтронов по тесту летальности, где п = 3.

Таким образом, когда кривые выживаемости облученных клеток имеют плечо, метод микроколоний может быть использован для определения эффективности излучений различного качества в области доз, где невозможно определить ОБЭ по тесту летальности.

Генетические эффекты нейтронов канала Б-3 реактора БР-10 и импульсного реактора БАРС-6, действующих с различной мощностью дозы

Биологическая эффективность нейтронов 2-х реакторов определялась и по тесту индукции генетических изменений (митотической сегрегации) в диплоидных клетках дрожжей дикого типа штамма Т1. Величина ОБЭ 2-х пучков нейтронов при одинаковом максимальном эффекте (16% - 17%

сегрегации) составляла 2,2±0,4 нейтронов реактора БР-10 и 1,7±0,3 нейтронов реактора БАРС-6 независимо от МД нейтронов (рис. 6а, б).

4 Н X я и

О О. 1_

о>

Л! /

... 1

200 400 600 ЯвО 1000 1100

Доза, Гр

л н х я и ш

ГУ'

200 400 6(10 800 1000 1200

Доза, Гр

а. и и

И'

л н

а и а> а.

Выживаемость, %

Рис. 6. Зависимость выхода сегрегантов в диплоидных клетках дрожжей дикого генотипа (Т1), облученных у-излучением (кр. 1), нейтронами реактора БР-10 (а, кр. 2). нейтронами реактора БАРС-6 (б, кр. 2): одиночным импульсом (заполненные значки) или непрерывно (открытые значки), от дозы ИИ (а, б) и от выживаемости (в, г).

Таким образом, эффективность нейтронов 2-х реакторов значимо не различается по рассматриваемому тесту, и они в ~ 2 раза более генотоксичны, чем у- излучение. Но так как часто в экспериментах невозможно уравнять дозы исследуемого и стандартного ИИ, то для того, чтобы сравнить действие двух излучений по индукции генетических изменений, рассчитанную частоту мутаций более правильно относить не к дозе, а к выживаемости. Поэтому величина коэффициента ОБЭ нейтронов по тесту генетических изменений определялась ещё и как соотношение эффектов при одинаковом уровне выживаемости. Как видно (рис. 6 в, г), при равном уровне выживаемости

(эквивалентном уровне летальных событий) эффективность у-излучения и реакторных нейтронов в индукции генетических изменений в клетке практически одинакова, т е они не будут более генотоксичны, чем у-излучение Это согласуется с данными (Александров Р Д , 2001), полученными с другими объектами, с использованием нейтронов реактора БР-10

Одинаковые генетические изменения, происшедшие в клетках дрожжей при действии у-излучения или нейтронов в изоэффективных дозах, могут свидетельствовать, что при равенстве летальных повреждений при действии каждого излучения доля реализуемых предмутационных и предрекомбинационных повреждений практически одинакова

В заключение, какова бы не была природа повреждений, индуцируемых нейтронами, и механизмы, приводящие клетку к гибели, биологическая эффективность используемых нейтронных пучков по исследуемым тестам одинакова, в ~ 2 раза выше у-излучения 60Со и не зависит от МД в пределах от ~ 10"' Гр/с до ~ 107 Гр/с

ВЫВОДЫ

1 Биологическая эффективность нейтронов канала Б-3 реактора БР-10 и нейтронов реактора БАРС-6, действующих в непрерывном режиме, одинакова по тесту гибели клеток простейших эукариот дрожжей БасЬаготусез различного генотипа и индукции генетических событий Величина ОБЭ нейтронов равна 1,5 - 2,0 в зависимости от генотипа клеток

2 Впервые на одной клеточной системе простейших эукариот - дрожжей БассИаготусев различного генотипа установлено, что биологическая эффективность нейтронов импульсного реактора БАРС-6 не зависит от мощности дозы в широком диапазоне (от 10'1 Гр/с до 107 Гр/с) по тесту гибели клеток и индукции генетических событий

3 По суммарному показателю нелетальных генетических изменений в клетках дрожжей нейтроны независимо от мощности дозы в ~ 1,5 раза эффективнее у-излучения б0Со на единицу дозы, но одинаково генотоксичны при изоэффективных дозах Это может означать, что при одном и том же уровне летальных повреждений от каждого вида излучения доли предмутационных и предрекомбинационных повреждений равны

4 Диплоидные клетки дрожжей дикого типа одинаково способны к пострадиационному восстановлению в непитательной среде от повреждений, индуцированных нейтронами независимо от мощности дозы и индуцированных у-излучением 60Со Коэффициенты необратимого поражения Кп = 0,50 и Ку = 0,45

5 Вклад репарационных систем в ОБЭ проявляется только в районе низких и средних доз (выживаемость > 50%) с максимальной величиной ОБЭ (3,1 -4,2) нейтронов по тесту гибели диплоидных клеток дрожжей дикого типа

против ОБЭ (1,5 - 1,7) по тесту гибели клеток-мутанов, дефектных в репарации повреждений ДНК

6 Впервые, используя метод микроколоний, определена биологическая эффективность исследуемых нейтронных пучков в области «малых» (неинактивирующих) доз По этому показателю нейтроны независимо от мощности дозы более эффективны, чем у-излучение ^Со на единицу дозы в диапазоне доз от 3 Гр до 25 Гр Величина ОБЭ нейтронов равна 7 - 4 в зависимости от дозы

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Tsyb Т S , Komarova Е V , Potetnu V I, Obatuiov G М Biological effects of fast neutrons of pulsed reactor BARS-6 in diploid yeast Abstracts of International conference "Modern Problems of Radiobiology, Radioecology and Evolution" -Dubna, 2000 -P 158

2 Цыб T С , Комарова E В , Потетня В И., Обатуров Г М Биологическая эффективность импульсного и непрерывного нейтронного излучения для клеток дрожжей Sacchromyce//Радиационная биология Радиоэкология -2001 -Т 41,№ 3 -С 290-294

3 Tsyb Т S , Komarova Е V , Malinova I V Biological effects of fast neutrons of pulsed reactor BARS-6 Abstracts of 2nd International conference "The effects of low and very low doses of ionizing radiation on human health"-Dublm, 2001 -P 4-5

4 Tsyb T S , Malinova I V, Komarova E V Radiation response of eukaryotic cells to low doses of reactor neutrons Abstracts of 31st Annual Meeting of the European Society for Radiation Biology - Dresden, 2001 -P 66

5 Цыб T С , Потетня В И , Малинова И В , Комарова Е В Сравнительный анализ биологических эффектов нейтронных пучков ядерных реакторов Тез докл IV Съезд по радиационным исследованиям - Москва, 2001 -С 727

6 Komarova Е V, Malinova I V, Potetnya V I A comparative study of biological effects of pulsed reactor fast neutrons in pulsed and prolonged irradiation modes Abstracts of the Ninth Neutron Dosimetry Symposium - Netherlands, 2003, VII - P.7

7 Tsyb T S , Malinova I V, Komarova E V Early effects of low radiation doses on eukaryotic cells Abstracts of the 2 International Conference on Radioactivity in the Environment -Nice, 2005 - P 166-169

8 Tsyb T S , Komarova E V, Malinova I V. Study of dose-rate effects of neutron radiation in a wild-type and a repair-deficient yeasts Sacchromyces Abstracts of V congress on radiation research (radiobiology, radioecology, radiation protection) - Moscow, 2006 - P 279

9 Komarova E V Tsyb T S , Malinova I V Study of dose-rate effects of neutron radiation in a wild-type and a repair-deficient yeasts Saccharomyces Abstracts of 4th

International Workshop on Space Radiation Research and 17th Annual NASA Space Radiation Health Investigator's Workshop - Dubna, 2006 - P 64-65

10 Tsyb T S , Komarova E V , Malinova I.V Relative biological effectiveness of Fission-spectrum neutrons in pulsed and continuous irradiation modes // Int J Sci Res -2006 -V 16 -P 159-162

11 Цыб T С , Малинова И В , Комарова Е В Ранние биологические эффекты действия ионизирующих излучений с различной ЛПЭ в малых дозах у клеток дрожжей // Радиация и риск - 2006 - Т 15, №1. - 2 - С. 163 - 169

12 Цыб Т С , Малинова И В , Комарова Е В , Потетня В И Изучение эффектов действия нейтронного излучения с разной мощностью дозы у клеток дрожжей Saccharomyces различного генотипа // Радиационная биология Радиоэкология -2007 - Т 47, № 5 - С 598-607

13 Tsyb Т S , Malinova IV, Komarova Е V The analyses of remote descendants of yeast Saccharomyces cells irradiated by neutrons (0 85, 1 44, 14 MeV) or y-rays 60Co Abstracts of International Conference on Radioecology and Environmental Radioactivity - Bergen, 2008 -P 278-281

14 Комарова ЕВ Цыб ТС, Малинова ИВ, Генетические изменения в геноме клеток дрожжей Saccharomyces при воздействии быстрых нейтронов импульсного реактора БАРС-6 // Вестник российской военно-медицинской академии -2008 - Приложение 2, Часть 1 -С 196-197

Заказ 2602 Тираж 100 экз Объем 1 п л Формат 60x84 1/]5 Печать офсетная

Отпечатано в МП «Обнинская типография» 249035 Калужская область, г Обнинск, ул Комарова, 6

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Комарова, Елена Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Структура нейтрона и его основные свойства.

1.2. Источники нейтронов.

1.3. Взаимодействие нейтронов с биологической средой.

1.4. Относительная биологическая эффективность нейтронов.

1.4.1. Физические аспекты ОБЭ.

1.4.2. Зависимость ОБЭ нейтронного излучения от энергии и дозы нейтронов.

1.4.3. Зависимость биологической эффективности нейтронов от мощности дозы.

1.5. Действие нейтронов на структуру ДНК.

1.5.1. Типы повреждений ДНК.

1.6. Действие нейтронов на мембраны клетки.

1.7. Мутагенный и рекомбинагенный эффекты нейтронного излучения.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

2.1. Объект исследования.

2.2. Методы иследования.

2.3. Условия облучения.

2.4. Физические характеристики источников излучения.

2.5. Обработка полученных результатов.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Летальные эффекты быстрых нейтронов реактора БАРС-6 в режиме одного импульса или в непрерывном режиме облучения и нейтронов канала Б-3 реактора БР-10.

3.1.1. Формы гибели клеток дрожжей, облученных реакторными нейтронами в разных режимах.

3.1.2. Относительная радиочувствительность клеток дрожжей дикого типа и радиочувствительных мутантов к у- или нейтронному излучениям.

3.1.3. Зависимость ОБЭ реакторных нейтронов от дозы нейтронов и уровня выживаемости клеток дрожжей.

3.2. Мутагенный и рекомбинагенный эффекты действия нейтронов канала Б-3 реактора БР-10 и импульсного реактора БАРС-6.

3.3. Эффекты "малых" (неинактивирующих) доз нейтронов для диплоидных клеток дрожжей дикого типа.

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Сравнительный анализ биологических эффектов нейтронных пучков ядерных реакторов при непрерывном и импульсном режимах облучения у клеток дрожжей Saccharomyces"

Актуальность темы исследования.

Исследование биологической эффективности действия быстрых нейтронов продолжает оставаться одним из наиболее актуальных направлений в современной радиобиологии как в фундаментальном, так и в прикладном плане. В последние годы для медико-биологических исследований используются импульсные источники нейтронного излучения, в частности, ядерные реакторы, которые могут быть перспективны для лучевой терапии злокачественных новообразований. Хотя за последние годы представления о биологическом действии нейтронов существенно расширились, еще предстоит ответить на целый ряд принципиальных вопросов. Одним из таких вопросов является* изучение биологической эффективности реакторных нейтронов, действующих одним мощным импульсом длительностью несколько мкс, со сверхвысокой мощностью дозы (более 106 Гр/с). Данные о биологических эффектах нейтронного излучения в диапазоне высоких и сверхвысоких мощностей доз относительно традиционных доз для радиобиологии и лучевой терапии ограничены и противоречивы.

До настоящего времени не существует единой концепции радиационного мутагенеза, индуцированного нейтронным излучением, роли пострадиационного восстановления на формирование конечного эффекта, нет четких данных о биологических эффектах нейтронов в малых дозах, действующих с различной мощностью дозы.

Исследования биологической - эффективности пучков нейтронов, различающихся по физико-дозиметрическим характеристикам, проводились на разных клеточных линиях, в различных условиях облучения. Нам не известны работы с проведением масштабных исследований с нейтронами на одной клеточной системе.

Данное исследование предполагает изучение биологических эффектов двух пучков нейтронов (канал Б-3 реактора БР-10 и импульсного реактора БАРС-6) в широком диапазоне доз на одной клеточной системе простейших эукариот — дрожжей Засскаготусея с одновременной оценкой летальных и генетических эффектов, с оценкой вклада репарационных систем клетки в формирование биологического эффекта нейтронов. Такое комплексное исследование будет способствовать пониманию механизмов действия нейтронов, в частности, нейтронов со сверхвысокой мощностью дозы, и внесет вклад в расширение теоретических знаний о формировании относительной биологической эффективности нейтронных пучков различных ядерных реакторов.

Цель и задачи исследования.

Целью настоящей работы является изучение биологических эффектов реакторных нейтронов, действующих с различной мощностью- дозы, у клеток дрожжей Засскаготусея различного генотипа.

Для достижения поставленной цели предполагается решить следующие задачи:

- определить и сравнить относительную биологическую эффективность 2-х пучков нейтронов - канала Б-3 реактора БР-10 и нейтронов импульсного реактора БАРС-6 в стационарном режиме облучения у клеток дрожжей различного генотипа по тесту инактивации колонеобразующей способности, формам гибели облученных клеток, возникновению генетических изменений;

- сравнить биологическое действие нейтронов импульсного реактора л

БАРС-6 в стационарном режиме облучении 10" Гр/с) и при облучении одним импульсом со сверхвысокой мощностью дозы 106 Гр/с);

-изучить возможность влияния репарационных систем клетки на выраженность летального эффекта нейтронов в зависимости от мощности дозы с использованием радиочувствительных мутантов дрожжей;

- оценить биологическую эффективность нейтронов в области «малых» (неинактивирующих доз) с использованием метода микроколоний.

Научная новизна.

Впервые на реакторе БАРС-6 была использована уникальная возможность изучения эффекта сверхвысокой мощности дозы нейтронов при облучении клеток в стационарном и импульсном режимах при одних и тех же условиях облучения (расстояния от активных зон реактора, одинаковое число делений в активных зонах реактора), что позволяет наиболее корректно получить и оценить экспериментальные данные.

Впервые на одной клеточной системе - дрожжей БассЪаготусез (7 штаммов), включающей как дикий тип, так и радиочувствительные мутанты, проведено сравнительное изучение летальных и генетических эффектов двух пучков нейтронов - канала Б-3 реактора БР-10 (Ё = 0,85 МэВ) и импульсного реактора БАРС-6 (Ё = 1,44 МэВ) и дана оценка биологических эффектов нейтронов в зависимости от мощности дозы (от ~ 10-1 Гр/с до 107 Гр/с).

Показано, что исследуемые пучки нейтронов в ~ 2 раза эффективнее у-излучения по тесту гибели и индукции генетических изменений в клетках независимо от мощности дозы нейтронов и значимо не отличаются по этим тестам один от другого. Величина ОБЭ нейтронов по этим тестам находится в пределах 1,5 - 2,0 в зависимости от генотипа клеток.

Впервые в настоящей работе предпринята попытка определения биологической эффективности нейтронов в «малых» (неинактивирующих, выживаемость 100 %) дозах с применением метода микроколоний, предложенным В.И. Корогодиным для определения форм гибели летально облученных клеток.

Научно-практическая ценность работы.

Результаты проведенных исследований могут иметь, прежде всего, практическое значение для прикладной радиобиологии, являясь одной из предпосылок при разработке радиобиологических основ нейтронной терапии. Также они могут оказаться полезными для прогнозирования тяжести лучевых поражений и оценки генетической опасности при воздействии быстрых нейтронов ядерных реакторов. Полученные данные пополнят теоретические и прикладные знания о биологическом действии нейтронных пучков, различающихся по физико-дозиметрическим характеристикам.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы представлены в 4 научных работах и доложены на 10 международных и всероссийских конференциях: International conference "Modern Problems of Radiobiology, Radioecology and Evolution" (Dubna, 2000); 2nd International conference "The effects of low and very low doses of ionizing radiation on human health" (Ireland, Dublin, 2001); 31st Annual Meeting of the European Society for Radiation Biology (Dresden, Germany, 2001); IV Съезд по радиационным исследованиям (Москва, 2001); The Ninth Neutron Dosimetry Symposium (Netherlands, 2003); The 2nd International Conference on Radioactivity in the Environment (France, Nice, 2005); 4th International Workshop on Space Radiation Research and 17th Annual NASA Space Radiation Health Investigator's Workshop (Dubna, 2006); V congress on radiation research (radiobiology, radioecology, radiation protection) (2006, Moscow); International Conference on radioecology environmental radioactivity (2008, Bergen); Второй Санкт-Петербургский международный экологический форум "Окружающая среда и здоровье человека" (Санкт-Петербург, 2008).

На защиту выносятся:

- Биологическая эффективность нейтронов канала Б-3 реактора БР-10 и импульсного реактора БАРС-6 по тесту гибели клеток дрожжей ЗассИаготусез различного генотипа и по индукции генетических изменений в геноме клетки не зависит от мощности дозы нейтронов, о различающейся в ~ 10 раз.

- Вклад в ОБЭ нейтронов вносят только те системы репарации повреждений ДНК, которые функционируют наиболее эффективно в области низких и средних доз.

- Метод микроколоний предложен как тест для определения биологической эффективности ИИ, действующих в «малых» дозах.

Объем и структура диссертации.

Работа изложена на 147 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, главы результатов исследования и главы обсуждения результатов, выводов и списка литературы, содержащего 217 источника, 161 из которых принадлежит иностранным авторам. Результаты работы иллюстрированы 10 таблицами и 35 рисунками.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

•ИИ - ионизирующее излучение.

•ЛПЭ - линейная передача энергии.

•МТЗЧ - медленные тяжелые заряженные частицы.

•ТЗЧ — тяжелые заряженные частицы.

•ТЯО - тяжелые ядра отдачи.

•УЯС - упругие ядерные столкновения.

•Ё - средняя энергия нейтрона.

•A3 - активная зона реактора.

•ОБЭ - относительная биологическая эффективность.

•МД - мощность дозы.

•МК - митотический кроссинговер.

•М - микроколонии.

•Ml, М2, МЗ - формы гибели клеток.

•ОР - одиночные разрывы ДНК.

•ДР — двойные разрывы ДНК.

•LHR — liquid holding recovery восстановление в непитательной среде).

Заключение Диссертация по теме "Радиобиология", Комарова, Елена Владимировна

123 Выводы

1. Биологическая эффективность нейтронов канала Б-3 реактора БР-10 и нейтронов реактора БАРС-6, действующих в непрерывном режиме, одинакова по тесту гибели клеток простейших эукариот дрожжей Баскаготусез различного генотипа и индукции генетических событий. Величина ОБЭ нейтронов равна 1,5 — 2,0 в зависимости от генотипа клеток.

2. Впервые на одной клеточной системе простейших эукариот — дрожжей Басскаготусез различного генотипа установлено, что биологическая эффективность нейтронов импульсного реактора БАРС-6 не зависит от мощности дозы в широком диапазоне

I 7 от 10" Гр/с до 10 Гр/с) по тесту гибели клеток и индукции генетических событий.

3. По суммарному показателю нелетальных генетических изменений в клетках дрожжей нейтроны независимо от мощности дозы в ~ 1,5 раза эффективнее у-излучения 60Со на единицу дозы, но одинаково генотоксичны при изоэффективных дозах. Это может означать, что при одном и том же уровне летальных повреждений от каждого вида излучения доли предмутационных и предрекомбинационных повреждений равны.

4. Диплоидные клетки дрожжей дикого типа одинаково способны к пострадиационному восстановлению в непитательной среде от повреждений, индуцированных нейтронами независимо от мощности дозы и индуцированных у-излучением 60Со. Коэффициенты необратимого поражения: Кп = 0,50 и Ку = 0,45.

5. Вклад репарационных систем в ОБЭ проявляется только в районе низких и средних доз (выживаемость > 50 %) с максимальной величиной ОБЭ (3,1 - 4,2) нейтронов по тесту гибели диплоидных клеток дрожжей дикого типа против ОБЭ (1,5 — 1,7) по тесту гибели клеток-мутанов, дефектных по репарации повреждений ДНК. 6. Впервые, используя метод микроколоний, определена биологическая эффективность исследуемых нейтронных пучков в области «малых» (неинактивирующих) доз. По этому показателю нейтроны независимо от мощности дозы более эффективны, чем у-излучение 60Со на единицу дозы в диапазоне доз от 3 Гр до 25 Гр. Величина ОБЭ нейтронов равна 7 - 4 в зависимости от дозы.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Комарова, Елена Владимировна, Обнинск

1. Аветисов Г.М., Соколов И.К. Вопросы общей радиобиологии. — М.: Атомиздат, 1966. — 215с.

2. Александров Р.Д., Александрова М.В., Лапидус И.Д. и др. ОГЭ нейтронов деления при индукции рециссивных мутаций разного типа у Drosophila melanogacter II Радиац. биология. Радиоэкология. 2001. — Т. 41. -№ 3. - С. 245-258.

3. Андреев С.Г., Хвостунов И.К., Спитковский Д.М. и др. Биофизическое моделирование радиационных повреждений ДНК и хроматина, индуцированных излучением разного качества // Радиац. биология. Радиоэкология 1997. - Т. 37. - № 4. - С. 533 - 538.

4. Андреев С.Г., Эйделъман Ю.А., Хвостунов И.К. и др. Биофизическое моделирование радиационных повреждений генетических структур клетки // Радиац. биология. Радиоэкология. 2005. - Т. - 45. - № 5. - С. 549 - 560.

5. Балкашева Л.У., Палчевская А.Е., Гончаренко C.B. Действие быстрых нейтронов на культурально-морфологические признаки картофельной палочки (Вас. Mesentericus). Биологическое действие нейтронного излучения. Киев. «Наукова думка», 1965. - С. 84 - 90.

6. Толковый физический словарь: Основные термины. / Сост. A.B. Брюханов, Г.Е. Пустовалов, В.И. Рыдкин. 2-е изд. — М.: «Русский язык», 1988.-233 с.

7. Газиев А.И Повреждение ДНК в клетках под действием ионизирующей радиации // Радиац. биология. Радиоэкология. 1999. - Т. 39.-№6.-С. 630-638.

8. Глазунов A.B. Роль репарации двунитевых разрывов ДНК в резистентности дрожжевых клеток //1 Радиобиологический съезд. 1989. -T. 1.-С. 101-102.

9. Относительная биологическая эффективность излучений. Фактор времени облучения / Н.Г. Даренская, Л.Б. Кознова, И.Г. Акоев u др. — М.: Атомиздат, 1968. 274 с.

10. Дентингер Г., Юнг X. Молекулярная радиобилогия. М.: Атомиздат, 1973.-Т. 1. -С. 101-102.

11. Доклад 30 МКРЗ. Количественные закономерности и дозиметрия в радиобиологии: Пер. с англ. А.К. Савинского. Под редакцией И.Б. Кенрим-Маркуса. М.: Энергоатомиздат, 1984. — С. 26 — 27.

12. Дуба В.В., Капчигашев С.П., Обатуров Г.М. и др. Поглощение энергии нейтронов в поверхностных слоях тканеэквивалентного вещества // Радиобиология. 1979. - Т. 19. - № 6. - С. 893.

13. Биологические эффекты нейтронов разных энергий / Е.А. Жербин, С.П. Капчигашев, А.Г. Коноплянников и др. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 144 с.

14. Захаров И.А., Кривинский A.C. Радиационная генетика микроорганизмов. -М.: Атомиздат, 1972. — 295 с.

15. Захаров И.А., Ковалъцова C.B., Марфин C.B. Штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae для изучения индуцированного мутагенеза и рекомбинации // Генетика. 1979. - Т. 15. - № 1. - С. 41 - 48.

16. Сборник методик по генетике дрожжей-сахаромицетов / И.А. Захаров, С. А. Кожин, Т.Н. Кожина и др. Л.: Наука, 1984. - 144 с.

17. Мутационный процесс у грибов / И.А. Захаров, C.B. Ковалъцова, Т.Н. Коэ/сина и др. JL: Наука, 1980. - 287 с.

18. Исаев Б.М., Брегадзе Ю.И. Нейтроны в радиобиологическом эксперименте. М.: «Наука», 1967. - 292 с.

19. Кабакова Н.М., Виденский В.Г., Фарнакеев В.В. Кислородный эффект, пострадиационное восстановление и ОБЭ быстрых нейтронов для диплоидных дрожжевых клеток // Радиобиология. 1979. - Т. 19. - № 6. -С. 763.

20. Капчигашев С.П. Использование фотоядерных реакций для изучения биологического действия медленных тяжелых ионов // Радиобиология. — 1984.-Т. 24.-№1. —С. 132- 135.

21. Капчигашев С.П. Физико-дозиметрические исследования при использовании быстрых нейтронов реактора БР-10 в терапии злокачественных новообразований // Медицина, Медицинская радиология. 1992. - № 9 - 10. - С. 59 - 61.

22. Кознова Л.Б., Стяэ/скина Т.В. Биологический эффект мощности одиночного импульса ионизирующего излучения (современное состояние вопроса) В кн.: Вопросы общей радиобиологии. М. Атомиздат , 1971. — С. 170-179.

23. Колтовая H.A. Чекпойнт и репарация двунитевых разрывов ДНК. Сборник трудов кафедры биофизики Международного университета природы, общества и человека «Дубна» // Под ред. Е.А. Красавина — М.: РАЕН, 2006.- С. 36-38.

24. Корогодин В.И. Проблемы пострадиационного восстановления. М.: Атомиздат, 1966. - 390 с.

25. Корогодин В.К, Близник K.M., Капулъцевич Ю.Г. и др. Роль плоидности в радиочувствительности клеток (эксперименты на дрожжевых организмах разных видов и генотипов) // Радиобиология. 1977. - Т. 17. — №5.-С. 700-710.

26. Корогодин В.И., Красавин Е.А. Факторы, определяющие различия в биологической эффективности ионизирующих излучений с различными физическими характеристиками // Радиобиология 1982. - Т. 22. - № 6. — С. 727-738.

27. Красавин Е.А. Проблемы ОБЭ и репарация ДНК М.: Энергоатомиздат, 1989.— С. 192.

28. Ли Д.Е. Действие радиации на живые клетки. М.: Атомиздат, 1963. -288 с.

29. Лобачевский П.Н., Красавин Е.А. Зависимость радиочувствительности дрожжевых клеток от ЛПЭ излучений // Радиобилогия. 1988. - Т. 28. -вып. 4.-С. 565-571.

30. Мейселъ М.Н. О биологическом действии ионизирующих излучений на микроорганизмы // Между народ, конф. по мирному использованию атом, энергии: Тез. докл. М., 1955. - С. 18.

31. Михайлов М.П., Тараканова ИД. Пострадиационные изменения мембран эритроцитов. В кн.: Восстановительные и компенсаторные процессы при лучевых поражениях. -М.: Атомиздат, 1979. С. 38 - 39.

32. Мясник М.Н. Генетический контроль радиочувствительности бактерий. — М.: Атомиздат, 1974. — 142 с.

33. Обатуров Г.М. Закономерности и особенности биологического действия нейтронов // Медицинская радиология. 1982. - Т. 27. - № 9. -С. 40-46.

34. Обатуров Г.М. Биофизические модели радиобиологических эффектов. -М.: Энергоатомиздат, 1987. 152 с.

35. Пахомова О.Н. Летальные и генетические эффекты комбинированного действия излучений с различной ЛПЭ у клеток дрожжей: Дисс. канд. биол. наук. Обнинск, 1994. - 149 с.

36. Петин В.Г. Генетический контроль модификации радиочувствительности клеток. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 204 с.

37. Петин В.Г. ОБЭ плотноионизирующих излучений и восстановление клеток // Медицинская радиология. 1977. - Т. 22. - № 10. - С. 8 - 12.

38. Прохоров Ю.А., Кононов В.Н., Кувшинчиков В.И. и др. Исследование биологического действия импульсного нейтронного излучения реактора БАРС-6 / /Атомная энергия. 1998. - Т. 85. - вып. 5. - С. 391 - 400.

39. Пятенко B.C., Капчигашев С.П., Потнтня В.И. и др. Изучение выживаемости и цитогенетического поражения клеток китайского хомячка при облучении нейтронами со средней энергией 0,35 МэВ и 0,85 МэВ. В кн.: Радиация и организм. Обнинск, НИИМР, 1980. 29с.

40. Свистуненко Д.А., Рихирева ГЛ., Пулатова М.К. и др. Свободнорадикальные нарушения в тканях мышей при действии у-блучения и нейтронов in vitro II Радиобиология. 1984. — Т. 24. - № 1. -С. 3-8.

41. Свердлов А.Г. Биологическое действие нейтронов и химическая защита. Л.: Наука, 1974. - 224 с.

42. Улъяненко С.Е., Лычагин А.А., Соколов В.А. и др. Изучение дозиметрических характеристик непрерывного и импульсного гамма-нейтронного излучения реактора БАРС-6 // Медицинская физика. 2006. -№4.-10-16.

43. Фофанова К.А. Количественный анализ реакции ядерного аппарата, дрожжевых клеток на облучение // Журнал общей биологии. 1967. — Т. 28. -№ 1. — С. 116- 121.

44. Цыб Т.С. Морфологические проявления отдаленных последствий у-облучения дрожжевых организмов // VIII Всесоюзная научная конференция: Восстановительные и компенсаторные процессы при лучевых поражениях: Тез. докладов. Ленинград, 1982. - С. 91 - 92.

45. Цыб Т.С., Комарова Е.В., Потетня В.И. и др. Биологическая эффективность импульсного и непрерывного нейтронного излучения для клеток дрожжей Saccharomyces // Радиац. биология. Радиоэкология. -2001. Т. 41. - № 3. - С. 290 - 294.

46. Цыб Т.С., Малиноеа КВ., Комарова Е.В. Ранние биологические эффекты действия ионизирующих излучений с различной ЛПЭ в малых дозах у клеток дрожжей // Радиация и риск. 2006. - Т. 15. - № 1. - 2. -С. 163-169.

47. Шальное М.И. Тканевая доза нейтронов. М.:Атомиздат, 1960. - 218с.

48. Шебалин С. Ф. Нейтроны Просвещение, 1969. — 96 с.

49. Ahnstrom G. and Edvardsson К.А. Radiation-induced singl-strand separation and hydroxyapatite chromatography //Int. J. Radiat. Biol. 1974. -V. 26. - No. 4. - P. 493 - 497.

50. Ahnstrom G., EhrenbergL., Natarajan A.T. On the biological effectiveness of intermediate neutrons: induction of chromosomal aberration // Radiat. Res. — 1969. V. 9. -No. 3. - P. 449.

51. Ainsworth E.J., Leong G.F., Kendall K. The lethal effects of Pulsed neutron or gamma irradiation in mice // Radiat. Res. 1964. - V. 21. - No. 3. — P. 75-85.

52. Акра T.C., Weber K.J., Schneider E. et al. Heavy ion-induced DNA double-strand breaks in yeast // Int. J. Radiat. Biol. 1992. - V. 62. - No. 3. -P. 279-287.

53. Alper T. Observation relevant to the mechanism of RBE effects in the killing of cells // In "Biological effects of neutron and proton irradiation". — Vienna: IAEA. 1974. - P. 133.

54. Atwood K.C., Mukai F. Indispensable Gene Functions in Neurospora // Proc. Natl. Acad. Sci. 1953. - V. 39. - No. 10. - P. 1027 - 1035.

55. Barendsen G.W. Radiobiology of neutrons // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1982. - V. 8.-No .12.-P. 2103-2107.

56. Barendsen G.W. The relationships between RBE and LET for different types of lethal damage in mammalian cells: biophysical and molecular mechanisms // Radiat. Res. 1994. - V. 139. - No. 3. - P. 257 - 270.

57. Barendsen G.W. Parameters of linear-quadratic radiation dose-effect relationships: dependence on LET and mechanisms of reproductive cell death // Int. J. Radiat. Biol. 1997. - V. 71. - No. 6. - P. 649 - 655.

58. Bashkirov V.I., King J.S., Bashkirova E. V. et al. DNA repair protein Rad55 is a terminal substrate of the DNA damage checkpoints // Mol. Cell Biol. -2000. V. 20. - No. 12. - P. 349 - 404.

59. Berstshe U. The response of diploid yeast to radiation at different LET 1. Potentially lethal and lethal damage to reproductive capacity // Radiat. Res. -1978. V. 76. - No. 2. - P. 349 - 367.

60. Blakely E.A., Ngo F.Q., Curtis S.B. et al. Heavy ion radiobiology: cellular studies // Adv. Rad. Biol. 1984. - V. 11. - No. 3. - P. 295 - 390.

61. Blocker D. DNA double-strand break repair determines the RBE of alpha-particles // Int. J. Radiat. Biol. 1988. -V. 54. - No. 5. - P. 761 - 771.

62. Bogum A., Carsten A.L., Chikkuppa G. et al. The r.b.e. of different neutrons as determined by human bone marrow cell-culture techniques // Int. J. Radiat. Biol. 1978. -V. 34. - No. 1. - P. 201.

63. Brenner D.J. Track structure, lesion development and cell sutvival // Radiat Rese.- 1990.-V. 124.-No. l.-S. 29-37.

64. Brenner D.J., Ward J.F. Constraints on energy deposition and target size of multiply damaged sites associated with DNA doudle-strand breaks // Int. J. Radiat. Biol. 1992. - V. 61. -No. 6. -P. 737 - 748.

65. Britten R.A. and Muray D. Constancy of the relative biological effectiveness of 42 MeV (p—>Be+) neutrons among cell lines with different DNA repair proficiencies // Radiat. Res. 1997. - V. 148. - No. 4. - P. 308 - 316.

66. Britten R.A., Peters L.J. and Murray D. Biological influencing the RBE of neutrons: Implications for their past, present and future use in radiotherapy. Review//Radiat. Res.-2001.-V. 156.-No. l.-P. 125-135.

67. Broers J.J, Barendsen G.W., Van Kersen G.R. Survival cultured human cells after irradiation with fast neutrons of different energies in hypoxicand oxygenated conditions // Intern. J. Radiat. Biol. — 1967. V. 13. - No. 5. -P. 559-572.

68. Broers J. J., Barendsen G. W. RBE of fast neutrons as a function of dose, neutron energy and biological end-point // Radiobiol. Applications of neutron irradiation. JAEA, Vienna. - 1972. - P. 135 - 146.

69. Budd M., Mortimer R.K. Repair of doudle-strand breaks on temperature conditional radiation-sensitive mutant of Saccharomyces cerevisiae II Mutat. Res.-1982.-V. 103.-No. l.-P. 19-24.

70. Burkart W., Jung T., Frasch G. Damage pattern as a function of radiation quality and other factors // Life Sciences. 1999. - V. 322. - No. 1. -P. 89-101.

71. Carsten A.L., Bond V.P., Thompson K. The r.b.e. of different energy neutrons as measured by the haemopoietic spleen colony technique // Int. J. Radiat. Biol. - 1976.-V. 29.-No. l.-P. 65-70.

72. Chadwick K.H., Leenhouts H.P. The rejoining of DNA double-strand breaks and a model for the formation of chromosomal rearrangements // Int. J. Radiat. Biol. 1978. - Vol. 33. - No. 6. - P. 517-529.

73. Charlton D.E., Nikgoo H., Humm J. Calculation of initial yields of single and double-strand breaks in cell nuclei from electrons, protons and alpha particles // Int. J. Radiat. Biol. 1989. - V. 56. - No. 1. - P. 1 - 19.

74. Cole G.H., Meyn R, Chen R. et al. Regulation of DNA strand breaks indused by low doses of low and high LET radiation // Radiat. Res. 1978. -V. 47.-No. 4.-P. 553 -555.

75. Conger A.D., Randolph M.L., Sheppard C. W. et al. Quantitative relation of RBE in Tradescantia and Average LET of gamma-rays, X-rays, and 1.3-, 2.5-, and 14.1- MeV fast neutrons // Radiat. Res. 1958. - V. 9. - No. 3. -P. 525 - 547.

76. Cox B.S. and Game J. С. Repair system in Saccharomyces // Mutat. Res. -1974. V. 26. - No. 4. - P. 37 - 55.

77. Cox R. and Mass on W. K. Mutation and inactivation of cultured mammalian cells exposed to beams of accelerated heavy ions. III. Human diploid fibroblasts // Int. J. Radiat. Biol. 1979. - V. 36. - No. 2. - P. 149 -160.

78. Cramp A.M., Yatrin M.B., Harms-Rihgdahle M. Recent developments in the radiology of cellular membranes// Acta. Oncol. 1994. - V. 33. - No. 8. — P. 945 - 952.

79. Curtis S.B. An analysis of human kidney cell oxygen-enhancement ratios for fast-neutron beams and a prediction for negative pion beams // Radiat. Res. — 1971. -V. 46. No. 3. - P. 557-559.

80. De Lara, Jenner C.M, Townsend T.J. et al. The effect of dimethyl sulphoxide on the induction of DNA double-strand breaks in V-79-4 mammalian cells by a-particles // Radiat. Res. 1995. - V. 144. - No. - 1. - P. 43 - 49.

81. Dewey D.L. and Boag J.W. Modification of the oxygen effect when bacteria are given large pulses of radiation // Nature. 1959. - V. 183. - No. 9. -P. 1450- 1451.

82. Dikomey E, Dahm-Daphi J, Brammer I, Martensen R, KainaB. Correlation between cellular radiosensitivity and non-repaired double-strand breaks studied in nine mammalian cell lines // Int. J. Radiat. Biol. 1998. - V. 73. - No. 3. - P. 269 - 78.

83. D'souza D.I., Harrison L. Repair of clustered uracil DNA damages in Escherichia coli // Nucleic Acids Res. 2003. - V. 31. - No. 15. - P. 573 - 581.

84. Dudas A., Chovanec H. DNA double-strand break repair by homologous recombination // Mutat. Res. 2004. - V. 566. - No. 2. - P. 131 - 167.

85. Edwards A. A. Neutron RBE values and their relationship to judgements in radiological protection// J. Radiol. Prot. 1999. - V. 19. - No. 2. - P. 93 - 105.

86. Fairchild R. G., Drew R.M., Atkins H.L. Dose-rate effects for various dose rates of 252Cf radiation on HeLa cells in culture // Radiology. 1970. -V. 96.-No. l.-P. 171 - 174.

87. Farbe F. and Roman F. Genetic evidence for inducibility of recombination competence in yeast // Proc. Nat. Acad. Sci. 1977. - V. 74. — P. 1667- 1671.

88. Ferguson L.R and Cox B.S. The role of dimmer excision in liquid-holding recovery of UV-irradiared haploid yeast // Mutat. Res. 1980. - V. 69. - No. 1. -P. 19-41.

89. Fertil B, Deschavanne PJ, Gueulette J. et. al. In vitro radiosensitivity of six human cell lines. II. Relation to the RBE of 50-MeV neutrons // Radiat. Res.- 1982. V. 90. - No. 3. - P. 1021 - 1030.

90. Fox J.S. Evidence to support the existence of efficient DNA doublestrand break rejoining in a radiosensitive mutant of V79-4 following irradiation with 250 kVp X-rays or neutrons // Mutat. Res. 1990a. - V. 235. —No. 2. -P. 41-47.

91. Fox J.S., McNally N.J. Cell survival and DNA double-strand break repair following X-ray or neutron irradiation of V79 cells // Int. J. Radiat. Biol. 1988.- V. 54. No. 6. - P. 1021 - 1030.

92. Fox J.S., McNally N.J. The rejoining of DNA double-strand breaks following irradiation with 238Pu a-particles: evidence foe a fast component of repair as measured by neutral filter elution // Int. J. Radiat. Biol. 1990b. -V. 57.-No. 3.-P. 513-515.

93. Fox J.S., Prise KM. DNA lesions: linear energy transfer and radiosensitive mutants // Brit. J. Radiat. 1992, Suppl. 24. - S. 201 - 205.

94. Frankenberg-Schwager M., Frankenberg D., Harbich R. Potentially lethal damage, subletal damage and DNA double strand breaks // Radiat. Prof. Dosim. 1985. -V. 13.-No. 1-4.-P. 171-174.

95. Frankenberg D., Michael B.D., Frankenberg-Schwager M. et al. Fast kinetics of the oxygen effect for DNA double-strand breakage and cell killing in irradiated yeast // Int. J. Radiat. Biol. 1990. - V. 57. - No. 3. - P. 485 - 501. '

96. Frankenberg-Schwager M., Frankenberg D. DNA double -strand breaks: their repair and relationship to cell killing in yeast // Int. J. Radiat. Biol. 1990a. - V. 58. - No. 4. - P. 273 - 292.

97. Frankenberg D., Brede H.J., Schrewe U.J. et al. Induction of DNA double-strand breaks in mammalian cells and yeast // Adv. Space. Res. 2000. — V. 25. -No. 10. - P. 2085 - 2094.

98. Goffeau A., Barrell B.G., Bussey H. et al., Life with 6000 genes // Science. 1996. - V. 274. - P. 545 - 567.

99. Gohde W., Uthe D., Wedemyer N. et al. Mutagenic effect of low energy neutrons on human chromosome 11// Int. J. Radiat. Biol. 2003. - V. 79. - No. 11. — P. 911 -918.

100. GoodheadD.T., Thacker J., Cox R., et al. Non-rejoining DNA breaks in mammalian cell DNA // Nature. 1978. - V. 272. - P. 379 - 380.

101. Goodhead D. T, Brebber D.J. Estimation of a single property pf low LET radiations which correlates with biological effectiveness // Phys. Med. Biol. — 1983. V. 28. - No. 4. - P. 485 - 492.

102. Goodhead D.T, Thacker J., Cox R. Effects of radiations of different qualities on cells: molecular mechanisms and repair // Int. J. Radiat. Biol. -1993. -V. 63. -No. 5. -P. 543 556.

103. Goodhead D.T. Initial events in the cellular effects of ionizing radiation: cluster damage in DNA // Int. J. Radiat. Biol. 1994. - V. 65. - No. 1. - P. 7-17.

104. Goodhead D. T. Molecular and cell models of biological effects of heavy ion radiation // Radiat. Environ Biophys. 1995. -V. 34. - No. 1. - P. 67 - 72.

105. Hall E., Brenner D. The dose-rate effect revisited Radiobiological considerations of importance in radiotherapy // Int. J. Radiat. Biol. 1991. - V. 59.-No.3.-P. 359-610.

106. Hall E.J. Radiobiological measurements with 14 MeY neutrons // British J. of Radiology. 1969. -V. 42. - No. 7. - P. 801 - 803.

107. Hall E.J., Rossi H.H., Kellerer A. V. et al. Radiobiological studies with monoenergetic neutrons // Radiat. Res. 1973. - V. 54. - No. 3. - P. 431 - 443.

108. Hall E.J., Marchese H., Hei T.K. et al. Radiation response characteristics of human cells in vitro //Radiat. Res. 1988. - V. 144. - No. 5. - P. 415 - 424.

109. Hall E.J., Allen L.A., Mill A.J. et al. A direct comparison between protons and a-particles of the same LET: survival and transformation studies with C3HIOT cells//Int. J. Radiat. Biol. 1990. - V. 57. - No. 3. - P. 602.

110. Hannan M.A., Paul M., Phillips R. Fast neutron r.b.e. for lethality and genotoxicity in a wild-type and a repair-deficient strain of yeast // Int. J. Radiat. Biol. 1986. - V. 50. -No. 5. - P. 811 - 824.

111. Hastings P.J. Mechanism and control of recombination in fungi // Mutat. Res. 1992. -V. 284. - No. 2. - P. 97 - 110.

112. Haynes R.H. The interpretation of microbial inactivation and recovery phenomena // Radiat. Res. 1966, Suppl. 6. - S. 1 - 29.

113. Hei T.K, Hall E.J. Mutation induction and relative biological effectiveness of neutrons in mammalian cells I I Radiat. Res. — 1988. V. 115.— No. 2.-P. 281-291.

114. Higgins P.D., De Luca P.M., Gould M.N. Effect of pulsed dose in simultaneous and sequential irradiations of V79 cells by 14.8 MeV neutrons and 60Co photons // Radiat. Res. 1984. - V. 99. - No. 3. - P. 591 - 595.

115. Hill M.A., Stevens D.L., Marsden S.J. et al. Is the increased relative biological effectiveness of high LET particle due to spatial or temporal effects? Characterization and OER in V79-4 cells // Phys. Med. Biol. 2002. - V. 47. -No. 10.-P. 3543-3555.

116. Ho K.S. Induction of double-strand breaks by x-rays in radiosensitive strain of yeast // Mutat. Res. 1975. - V. 20. - No. 1. - P. 45 - 51.

117. Hoekstra M.F., Naughton T., Malone R.E. Properties of spontaneous mitotic recomdination occurring in the presence of the rad52-l mutation of Saccharomyces cerevisiae II Genet. Res. Camb. 1986. — V. 48. — P. 9 - 17.

118. Hrishi N., James A.P. The induction of mutations in yeast by thermal neutrons // Can. J. Grnrt. Cytol. 1964. - V. 6. - No. 3.- P. 357 - 363.

119. Ikpeme S., Lobrich M., Akpa T. et al. J. Heavy ion-induced DNA doublestrand breaks with yeast as a model system // Radiat. and Environ. Biophysics. -1995.-V. 34.-No. l.-P. 95-99.

120. Jenner T.J., Belli M., Goodhed D. T. Direct comparison of biological effectiveness of protons and alpha-particles of the same LET. III. Initial yield of DNA doudle-strand breaks in V79 cells // Int. J. Radiat. Biol. 1992. - V. 61. -No. 5.-P. 631-637.

121. Jenner T.J., de Lara C.M., O'Neill P. et al. Induction and rejoining of DNA double-strand breaks in V79-4 mammalian cells following y- and airradiation. //Int. J. Radiat. Biol. 1993. - V. 64. - No. 2.- P. 265 - 273.

122. KagawaN, Shimura M, Takai A, et al. Relative biological effectiveness of fission neutrons for induction of micronucleus formation in mouse reticulocytes in vivo II Mutat. Res. 2004. - V. 22. - No. 2. - P. 93 - 99.

123. Keller A.M., Walsh L., Nekolla E. A. Risk coefficient for gamma-rays with regard to solid cancer // Radiat. Enviton. Biophys. 2002. - V. 41. - No. 2. - P. 113-123.

124. Kellerer A.M., Rossi H.H. A generalized formulation of dual radiation action // Radiat. Res. 1978. - V. 75. - No. 3. - P. 471 - 488.

125. Kemp L.M., Sedwick S.G. and Jeggo P.A. X-ray-sensitive mutants of Chinese hamster ovary cells defective in double strand dreak rejoing // Mutat. Res.- 1984.-V. 132.-No. 5-6.-P. 189-196.

126. Kiefer J. and Schneider E. Heavy ion effects on cells: survival of temperature-conditional repair mutant of yeast // Int. J. Radiat. Biol. 1991. -V. 59.-No. 6.-P. 1415- 1423.

127. Kiefer J. Heavy ion effects on cells: chromosomal aberrations, mutations and neoplastic transformations // Radiat. Environ. Biophys. 1992. — V. 31. -No. 2.-P. 279-288.

128. Kiefer J., Ebert M. Dose-rate effects in haploid and diploited in aerobic and hypoxic conditions I I Int. J. Radiat. Biol. 1969. - V. 16. - No. 1. - P. 67.

129. Kirby-Smith J.S., Dolfïn G.W. Chromosome breaks at high radiation dose rate // Nature. 1958. - V. 182. - P. 270 - 271.

130. Kozubek S., Krasavin E. Cell sensitivity to ionizing radiation and DNA repair processes. The cell sensitivity to ionizing radiation of different LET // Neoplasma. 1984. -V. 31. - P. 685 - 695.

131. Levich C., Seigne L.J., Hansen C.L. The effect of dose rate. Pulse width on the survival time of lethally irradiated monreys and rats // Radiat. Res. -1967.-V. 31.-No. 3.-P. 533.s

132. Löbrich M, Cooper P.K., and Rydberg B. Non-random distribution of DNA doudle-strand breaks induced by particle irradiation // Int. J. Radiat. Biol. 1996. - V. 70. - No. 5. - P. 493 - 495.

133. Lohr D., Corden J., Tatchell K. et al. Comparative subunit structure of HeLa, yeast, and chicken erythrocyte chromatin // Proc. Natl. Acad. Sei. 1977. -V. 74.-P. 79-73.

134. Louer G.D., Roberts T., Klotz L.C. Determination of the nuclear DNA content of Saccharomyces cerevisiae and implications for the organization of DNA in yeast chromosomes // J. Mol. Biol. 1977. - V. 114. - No. 4. -P. 507-526.

135. Luchnik A.N., Glaser V.M., Sheastakov S. V. Repair of DNA double-strong breaks required two homologous DNA duplexes // Mol. Biol. Reps. -1977. V. 3. - No. 6. - P. 437 - 442.

136. Maki H., Saito T., Kobayashi T. et al. Cell inactivation and DNA single-and double-strand breaks in cultured mammalian cells irradiated by a thermal neutron beam // Int. J. Radiat. Biol. 1986. - V. 50. - No. 6. - P. 795 - 809.

137. Milligan J.R., Aguilera J.A., Paglinawan R.A., et al. DNA strand break yields after post-high LET irradiation incubation with endonuclease-III and evidence for hydroxyl radical clustering // Int. J. Radiat. Biol. 2001. - V. 77. -No. 2.-P. 155- 164.

138. Mitchel R.E.J. and Morrison D.P. Inducible DNA repair systems in yeast: Competition for lesions // Mutat. Res. 1987. - V. 183. - No. 2. - P. 149 - 159.

139. Mortimer R., Brustad T., Cormach D. Effectiveness of ionizing radiations for induction of mutation and lethality in diploid Sacch. Cerev. in radiation to ionization density and oxygen tension // Radiat. Res. 1965. — V. 26. - No. 4. — P. 465-482.

140. Newman H.C., Prise K.M, Folkard M. et al, DNA double strands breaks distribution in y -ray and a-particle irradiated V79 cells: evidence for non-random breakage // Int. J. Radiat. Biol. 1997. - V. 71. - No. 4. - P. 347 - 363.

141. Ngo F.Q., Schray C.B., Jia X.L. et al. Basic radiobiological investigations of fast neutrons // Radiat. Res. 1991. - V. 128, Supl. 1. - P. 94 - 102.

142. Nias A.N. Clone size analysis: A parameter in the stidy of cell population kinetics // Cell tissue kinet. 1968. - V. 1. - P. 153 - 165.

143. Nikjoo H., Uehara S., Wilson W. et al. Track structure in radiation biology: theory and applications // Int. J. Radiat. Biol. 1998. - V. 73. - No. 4. -P. 355-364.

144. Olive P.L. DNA organization affects cellular radiosensitivity and detection of initial DNA strand breaks // Int. J. Radiat. Biol. 1992. - V. 62. -No. 4.-P. 389-396.

145. Painter R.B. The role of DNA damage and repair in cell killing by ionizing radiation // Int. J. Radiat. Biol. In cancer research. 1979. — V. 73. — No. l.-P. 59-68.

146. Pakhomova O.N., Tsyb T.S. Mutagenous effect and the mitotic crossing-over induction in yeasts under combined exposure to alpha-particles and gamma-rays // In: Molecular mechanisms in radiation mutagenesis and carcinogenesis. CEC, 1994. P. 203-207.

147. Paola M. D. and Coppola M. Biological responses to various neutron energies from 1 to 600 MeV // Radiat. Res. 1980. - V. 84. - No. 3. -P. 453-461.

148. Pang D., Berman B.L., Chasovskikh S. et al. Investigation of neuton-induced damage in DNA by atomic force microscopy: experimental evidence of clustered DNA lesions // Radiat. Res. V. 150. -No. 6. - P. 612 - 618.

149. Parassasi T., Giusti A.M. Raimondi M. et al. Cholesterol protects the phospholipid bilayer from oxidative damage. Free radicals // Biol. Med. 1995. -V. 19. - No. 5. - P. 511 - 516.

150. Peak M.J., Wang H., Hill C.K., Pean J.G. Comparison of repair of DNA double strands breaks caused by neutrons or gamma-radiation in cultured human cell // Int. J. Radiat. Biol. 1991. -V. 60. - No. 6. - P. 891 - 898.

151. Pohlit W., Sahafer M. Recovry and repair in yeast cells after irradiation with densely ionizing particles // In. "Biological effects of neutron irradiation", Vienna: IAEA, 1974.-P. 177- 184.

152. Poppit D.G., Fox B. W. Studies on DNA containing material from P 388 cell lysates // Brit. J. Radiol. 1977. - V. 50. - No. 6. - P. 684 - 688.

153. Potter T., Kohnlein W. Pulsed-field gel electrophoresis of chromosomal DNA of Saccharomyces pastoeianus after exposure to X-rays (30-50 kev) and neutrons (14 MeV) // Radiait. Environ. Biophys. 2001. - V. 40. - No. 1. -P. 3-45.

154. Prise K.M., Folkard M., Vojnovic B. et al. The irradiation of V79 mammalian cells by protons with energies below 2 MeV. Part II: Measurement of oxygen enhancement ratios and DNA damage // Int. J. Radiat. Biol. 1990. -V. 58.-No. 2.-P. 261-265.

155. Prise K. M., Folkard M., Newman H. C. et al. Effect of radiation quality on lesion complexity in cellulat DNA // Int. J. Radiat. Biol. 1994. - V. 66. -No. 5.-P. 537-542.

156. Prise K. M., Ahnstrom G., Belli M. et al. A review of dsb induction data for varying quality radiations // Int. J. Radiat. Biol. — 1998. V. 74. - No. 2. — P. 173-184.

157. Prise K. M., Pinto M., Newman H.C. andMichal B.D. A review of stadies of ionizing radiation induced double - strand break clustering // Radiat. Res. -2001. - V. 156. - No. 5. - P. 572 - 576.

158. Radford I.R. The level of induced DNA double-strand breakage correlates with cell killing after X-irradiation // In. J. Radiat. Biol. 1985. — V. 48.-No. l.-P. 45-54.

159. Radju M. R. Heavy Particle Radiotherapy. N.Y.: Academic Press, 1980. -153 p.

160. Ralton R., Lawson R.C., Porter D. et al. Neutron spectrum dependence of r.b.e. and o.e.r. values // Int. J. Radiat. Biol. — 1973. V. 23. - No. 5. -P. 509-518.

161. Ralton R., Porter D., Lawson R.C., et al. The oxygen enhancement ratio and relative biological effectiveness for combined irradiation of Chinese hamster cells by neutron and g-rays // Int. J. Radiat. Biol. 1974. - V. 25. -No. 2.-P. 121-127.

162. Resnik M.A., Martin P. The repair of double-strand breaks in the nuvlear DNA of Saccaromyces cerevisiae and its genetic control // Molec. Gen. Genet. -1976.-V. 143.-No. 2.-P. 119-129.

163. Ritter M.A., Cleaver J.K., Tobias G.A. High-LET radiations induce a large proportion of non-rejoining DNA breaks // Nature 1977. — V. 266. -No.l.-P. 45-54.

164. Roots R., Yang T.C., Craise L et al. Impaired repair capacity of DNA breaks induced in mammalian cellular DNA by accelerated heavy ions // Radiat. Res.-1979.-V. 78.-No. l.-P. 38-49.

165. Rossi H.H., Hall E.J., Keller A.M. RBE and OER as a function of neutron energy for growth inhibition of Vicia seedling // Radiat. Res. 1972. - V. 51. — No. 2.-P. 451.

166. Rozenzwug W. and Rossi H.H. Determination of the quality of the absorbed dose delivered by monoenergetic neutrons // Radiat. Res. 1959. -V. 10. -No. 5.-P. 532-544.

167. Saeki 71, Machida I., Nakai S. Genetic control of diploid recovery after y-irradiation in the yeast Saccharomyces cervisiae // Mutat. Res. 1980. - V. 73. -No. 2.-P. 251 -265.

168. Sakai K. and Okada S. Radiation-induced DNA damage and celluler lethality in cultured mammalian cells // Radiat. Res. 1984. - V. 98. - No. 3. -P. 479-490.

169. Sakai K., Suzuki S., Nakamura N. et al. Induction and subsequent repair of DNA damage by fast neutrons in cultured mammalian cells // Radiat. Res. — 1987. V. 110. - No. 2. - P. 311 - 320.

170. Sapora O., Belli M., Maione B., Pazzaglia S. and Tabocchini M.A. The Early effects of radiation on DNA. Edited by E.M. Fielden and O'Neill (Springer-Verlag, Berlin) // In: NATO ASI Series. 1991. -P. 54.

171. Sayeg J.A., Birge A.C., Deam C.A. The effects of accelerated carbon nuclei and others radiations on survival of haploid yeast. II. Diological experiments // Radiat. Res. 1959. - V. 10. - No. 4. - P. 449 - 461.

172. Schmid E., Schlegel D., Guldbaku S. et al. RBE of nearly monoenergetic neutrons at energies of 36 kev- 14.6 MeV for induction of dicentrics in human lymphocytes // Radiait. Environ. Biophys. 2003. - V. 42. - No. 1. - P. 87 - 94.

173. Schneiderman M.H., Hofer K.G. et al. Targetes for radiation-induced cell death: when DNA damage doesn't // Radiat. Res. 2001. - V. 155. - No. 4. -P. 529-535.

174. Shinohara K, Nakano H, Miyazaki N, Tago M, Kodama R. Effects of single-pulse (< or = 1 ps) X-rays from laser-produced plasmas on mammalian cells. // J. Radiat. Res. 2004. -V. 45. - No. 4. - P. 509 - 514.

175. Spalding J.F., Sayeg J.A. andJonson O.S. Dose-rate effects on lettality of mice exposed to fission neutrons. // In: "Biological effects of neutron and proton irradiation". Vienna: IAEA. 1964. - V. II. - P. 264 - 273.

176. Stapleton G.M., Martin F.L. Comparative lethal and mutagenic effects of ionizing radiations on Aspergillus terreus II Fmer. J. Bot. 1949. - V. 36. -P. 816.

177. Straume T., Dobson R.L., Kwan T.C. Neutron RBEs and the radiosensitive target for mouse, immature oocyte killing // Radiat. Res. 1987. - V. 111. -No. l.-P. 47-57.

178. Sutherland B.M., Bennett P. V., Sidorkina O. et al. Clustered damages and total lesions induced in DNA by ionizing radiation: oxidized bases and strand breaks // Biochemistry. 2000a. - V. 39. - No. 27. - P. 8026 - 8031.

179. Sutherland B.M., Bennett P.V., Sidorkina O. et al. Clustered DNA damages induced in isolated DNA and in human cells by low doses of ionizing radiation // Proc. Natl. Acad. Sci. 2000b. - Y. 97. - No. 1. - P. 103 - 108.

180. Tauchi H., Endo S., Eguchi-Kasai K. et al. Cell cycle and LET dependence for radiation-induced mutation: a possible mechanism for reversed dose-rate effect // J. Radiat. Res. 1999. - V. 40. - No. 1. - P. 45 - 52.

181. Teale B., Singh S., D. Conen and Lavin M. The activation of aspecific DNA binding protein by neutron irradiation // Int. J. Radiat. Oncology Biol. Phys. 1995. - V. 33.-No. l.-P. 129-133.

182. Thacker J. The study of responses to 'model' DNA breaks induced by restriction endonucleases in cells and cell-free systems: achievements and difficulties // Int. J. Radiat. Biol. 1994. - V. 66. - No. 5. - P. 591 - 596.

183. Todd P. W. Heavy-ion irradiation of cultured human cells // Radiat. Res. -1967.-Supl. 6.-P. 196-197.

184. TJnrau P. The RBE of neutrons for induced mitotic gene conversion in "error-prone repair" defective yeast // Radiat. Res. 1987. - V. 111. - No. 1. -P. 92-100.

185. Van Der Schans G.P., Paterson M.G. and Cross W.G. DNA strand break and rejoining in cultured human fibriblasts exposed to fast neutrons or gamma rays //Int. J. Radiat. Biol. 1983. - V. 44. - No. 1. - P. 75 - 85.

186. Vaughan A.T., Gordon D.I., Chettle D.R. Neutron and Cobalt to y-irradiation produce Similar Changes in DNA supercoiling // Radiat. Res. -1991.-V. 127. — No. l.-P. 19-23.

187. Volpe P., Prasassi O., Sapora et al. Influence of low doses of radiation on the DNA double-helix, gene expression and membranal state // Int. J. Radiat. Medicine. 1999. -V. 1. - No. 1. - P. 78 - 89.

188. Vral A., Thierens H., Baeyens A. et al. Induction and disappearance of G2 chromatid dreaks in lymhocytes after low doses of low-LET gamma-rays and high-LET fast neuron // Int. J. Radiat. Biol. 2002. - V. 78. - No. 4. -P. 249-257.

189. Ward J.F. Some biochemical consequences of the spatial distribution of ionizing radiation-produced free radicals // Radiat. Res. 1981. - V. 86. — No. 2.-P. 185- 195.

190. Ward J.F. Biochemistry of DNA lesions // Radiat. Res. 1985. - V. 104. -No. l.-S. 103-111.

191. Ward J.F. The yield of DNA double-strand breaks produced intracellulary by ionizing radiation: a review // Int. J. Radiat. Biol. 1990. - V. 57. - No. 6. -P. 1141-1150.

192. Ward J.F. DNA damage as the cause of ionizing radiation -induced gene activation // Radiat. Res. 1994. - V. 138. - No. 1. - P. 85 - 88.

193. Ward J.F. Radiation Mutagenesis: The initial DNA lesions responsible // Radiat. Res. 1995. - V. 142. - No. 3. - P. 362 - 368.

194. Weber K.J., Flentje M. Lethality of heavy ion-induced DNA doublestrand breaks in mammalian cell // Int. J. Radiat. Biol. 1993. - V. 64. - No. 2. -P. 169- 178.

195. Wills E.D. Mechanisms of lipide peroxide formation in animal tissues // Biochem. J. 1966. - V. 99. - No. 5. - P. 667 - 675.

196. Wimett T. F. Orndoff J. D. Applications of Godiva II Neutron Pulses. Proc. UN Intern. Conf. Peaceful Uses At. Energy, 2nd. Geneva, 1958. V. 10. -P. 449 - 460.

197. Würgler FE. International Commission for Protection against Environmental Mutagens and Carcinogens. Recombination and gene conversion // Mutat. Res. 1992. - V. 284. - No. 1. - P. 3 - 14.

198. Yamaguchi H, Waker J. A model for the induction of DNA damages by fast neutrons and their evolution into cell clonogenic inactivation // J. Radiat. Res. 2007. - V. 48. - No. 2. - P. 289 - 303.

199. Zhu L.X. and Hill C.K. Neutron-energy-dependent mutagenesis in V79 Chinese Hamster cells // Radiat. Res. 1994. - v! 139. - No. 3. - P. 300 - 306.

200. Zimmerman F.K. Procedures used in the induction of mitotic recombination ana mutation in yeast Sacharomyces cerv. II Mutat. Res. 1975. -V.31.-No. 1.-P. 71-86.

Информация о работе

Комарова, Елена Владимировна
кандидата биологических наук
Обнинск, 2008
ВАК 03.00.01

Диссертация

Сравнительный анализ биологических эффектов нейтронных пучков ядерных реакторов при непрерывном и импульсном режимах облучения у клеток дрожжей Saccharomyces - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы