Радіація і мутації в людини

Ю. Дуброва, доктор біологічних наук

Спадкові ознаки всіх живих організмів не є незмінними в часі. Вироблений протягом мільйонів років еволюції зроблений механізм розподілу і дозрівання статевих клітин не застрахована від помилок. Цей механізм помиляється, що приводить до виникнення різноманітних змін у спадкоємних особливостях нащадків - Мутацій. При цьому в нащадків може змінюватися чи число будова хромосом, так само як і тонка структура генів.

Вплив різноманітних факторів навколишнього середовища, включаючи радіацію і ряд хімічних з'єднань, призводить до збільшення частоти мутацій. У 1927 році американський генетик, згодом - лауреат Нобелівської премії Генріх Меллер уперше показав, що опромінення рентгенівськими променями приводить до істотного збільшення частоти мутацій у дрозофіли. Ця робота поклала початок новому напряму в біології - радіаційної генетики. Завдяки численним роботам, проведеним за останні десятиліття, ми тепер знаємо, що при попаданні елементарних частинок (?-кванти, електрони, протони і нейтрони) у ядро відбувається іонізація молекул води, які, у свою чергу, порушують хімічну структуру ДНК. У цих місцях відбуваються розриви ДНК, що і призводить до виникнення додаткових, індукованих радіацією мутацій.

Як це не сумно, але використання атомної енергії у військових і мирних цілях привело до масового опромінення людей. Усім відомі трагедії Хіросіми, Нагасакі і Чорнобиля, коли десятки тисяч людей піддалися впливу іонізуючої радіації. Крім того, в нашому повсякденному житті ми часто стикаємося з радіацією, наприклад, проходячи рентгенологічні обстеження в лікарнях і поліклініках. Виникає природне запитання - які генетичні наслідки впливу радіації на людину?

Перше і до теперішнього часу єдине широкомасштабне вивчення генетичних наслідків впливу радіації на людину було проведено американськими і японськими дослідниками в Хіросімі і Нагасакі. Ці роботи почалися в 1946 році, тобто практично відразу після капітуляції Японії. Вибухи атомних бомб у Хіросімі і Нагасакі привели до одномоментної загибелі десятків тисяч людей і масовому опроміненню що вижили. У той час ефекти радіації були практично невідомі, тому американський уряд прийняв рішення про проведення всебічного вивчення наслідків вибухів для населення двох міст. Тоді, волею випадку, в американській армії служив лейтенант медичної служби Джеймс Ніл, що до війни активно займався генетичними дослідженнями на дрозофілі. Йому було доручено наукове керівництво цими роботами, які відразу ж набули яскраво виражену генетичну спрямованість.

Слід зазначити, що в той час генетика людини як наука практично не існувала. Вчені навіть не знали, скільки хромосом у ядрі клітини людини. Тому з самого початку було ухвалено рішення досліджувати частоту мертвонароджень, смертність, пороки розвитку і захворюваність серед нащадків опромінених батьків. Пізніше, у міру розвитку генетики людини, у дітей почали вивчати мінливість хромосом і деяких генів. У кінцевому підсумку була проведена колосальна робота по аналізу десятків тисяч нащадків опромінених батьків. Основний результат цих робіт -- повна відсутність впливу ефектів радіації на вивчені ознаки. При цьому багато батьків одержали досить високі дози опромінення при вибухах бомб. При таких дозах генетичні наслідки радіації виявляються в мишей - найбільш близького до людини організму в радіаційній біології. Чому так сталося?

Відповідь на це питання лежить в самій природі ознак, вивчених у японських дітей. Причина смерті дитини або його схильності захворюванням визначається, грубо кажучи, або впливом несприятливих факторів середовища (наприклад, інфекція), або наявністю визначених генетичних ознак, що негативно позначаються на дитину. Якщо говорити про спадкових фактори, то дитина може вмерти (захворіти) чи завдяки несприятливим генетичним ознакам, успадкованим від батьків, або тому, що він є носієм нової шкідливої мутації. Згідно з сучасними даними, не більше 5 відсотків випадків усієї дитячої смертності пов'язані з мутаціями. Припустимо для простоти, що в Японії до вибухів дитяча смертність складала 1 відсоток, а частота мутацій після вибухів зросла в 2 рази. При цьому навіть дворазове збільшення частоти мутацій привело до дуже незначного збільшення загальної дитячої смертності, виявити яке практично неможливо. Отже, вивчення дитячої смертності не дозволяє знайти генетичних наслідків впливу радіації в людини.

Крім смертності і захворюваності, у японських дітей були вивчені деякі аномалії хромосом і мутації в ряді генів. Багато хромосомні мутації дуже шкідливі для людини, у своїй більшості призводять до загибелі плоду (тобто до викиднів), і їхня частота дуже низька серед новонароджених. Теоретично, радіація повинна приводити до істотного збільшення частоти хромосомних аномалій у людини, але зрозуміло, що вивчати цей процес треба серед плодів, а не серед новонароджених. Подібні роботи в Японії не проводилися. Що стосується більшості генів, що кодують білки, то частота мутацій серед них дуже низка. Треба досліджувати щонайменше 100 тисяч дітей, щоб знайти одну мутацію по певного гену. Ясно, що якщо після вибухів ця частота навіть сильно змінилася, то виявити це можна, вивчивши не десятки (як це було зроблено в реальності), а сотні тисяч дітей.

Якщо підвести підсумки багаторічних генетичних досліджень у Хіросімі і Нагасакі, то вони невтішні. Були витрачені колосальні кошти, в роботі брали участь сотні американських і японських дослідників, а в результаті стало очевидно, що радіаційна генетика людини знаходиться в глухому куті. Причина тому - повне відсутність адекватних експериментальних підходів до вивчення генетичних наслідків впливу радіації в людини. Якщо це так, то треба шукати нові генетичні підходи.

У середині 80-х років у людини й інших живих організмів був відкритий новий клас послідовностей ДНК, що одержали назву мінісателітів. Вони складаються з відносно коротких повторюваних фрагментів ДНК довжиною 10-60 нуклеотидів ( "букв", з яких побудована ДНК), зібраних разом подібно вагонів в поїзді. Мутації в мінісателітів приводять до зміни числа повторів, що дуже нагадує роботу зчіплювачі на залізничній станції, що приєднується або від'єднуйте вагони в складі. Саме головне - ці мутації відбуваються з неймовірною частотою, що більш ніж в 1000 разів перевищує таку для звичайних генів. Якщо так, то вивчивши сотню-іншу дітей, можна знайти в багато разів більше мутацій серед мінісателлітной ДНК, чим при аналізі сотень тисяч дітей, досліджених у відношенні генів, що кодують білки. А якщо частота мутацій у мінісателітів збільшується при впливі радіації, то треба проаналізувати пару сотень дітей, народжених від опромінених батьків, для того щоб виявити зміни в частоті мутацій. Якщо мінісателітів настільки перспективні для радіаційної генетики, то їх треба використовувати. Ми почали ці роботи в 1991 році. У них брали участь учені трьох країн - Росії, Великобританії і Білорусії. Більша їхня частина проводилася у Великобританії, в лабораторії професора Алека Джеффрейза, який відкрив мінісателітів в середині 80-х років. Спочатку ми перевірили, чи робить вплив радіація на мінісателлітние мутації в лабораторних мишей. Вивчивши всього 150 нащадків опромінених тварин, ми знайшли практично дворазове збільшення частоти мутацій у них у порівнянні з такою у неопромінених мишей. "Усього" означає, що при використанні звичайних генів з низькою частотою мутації, аналогічний результат був отриманий на десятках-сотнях тисяч тварин. Якщо так, то, по-перше, мінісателітів є чутливими до радіації, а по-друге, вони дозволяють виявляти ефекти радіації при аналізі дуже малого числа нащадків.

Провівши цю роботу, ми звернулися до людини. Зусиллями наших білоруських колег із НДІ радіаційної медицини в Могилеві були зібрані зразки крові від родин, що проживають на території Могилевської області, яка була сильно забруднена радіоактивними ізотопами в результаті Чорнобильської катастрофи. Усього ми вивчили 127 дітей, народжених в цьому регіоні після Чорнобиля (це число не йде ні в яке порівняння з десятками тисяч дітей, досліджених у Хіросімі і Нагасакі) і показали, що частота мутацій у них в два рази вище такої в нащадків неопромінених батьків. Іншими словами, в результаті цієї роботи були отримані перші експериментальні докази того, що радіація здатна змінювати частоту мутацій у людини. Головне питання - що це означає. Мутації в мінісателітів нейтральні по своїй суті і не позначаються на життєздатності дітей. Здавалося б - ну нехай їхня частота мутацій зростає хоч у сто разів -- все одно це не має ніякого впливу на смертність і захворюваність. Це, до жаль, не так. Збільшення частоти мутацій серед мінісателітів, що відбулося після Чорнобиля, свідчить про те, що радіація вже привела до генетичних змін серед нащадків опромінених батьків. Іншими словами, процес пішов і, судячи з усього, він торкнувся не тільки мінісателітів. Використовуючи наші дані, пророчити наслідки змін, що відбулися для здоров'я наступних поколінь поки не можна. Теоретично, вони повинні бути мінімальні. Але вивчати їх треба, вони повинні стати предметом серйозного і всебічного дослідження в наступні роки.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.zivert.ru/