ppt-формат - Объединенный институт ядерных исследований

Принцип попадания и мишени
и вероятностная модель
адаптации
В.Л. Корогодина 1 , Б.В. Флорко 1, Л.П. Осипова 2
1 Объединенный институт
2
ядерных исследований, Дубна, Московская обл.
Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск
Определение классической и стохастической модели
Принцип попадания и мишени:
Э. Ли (1946); Н.В. Тимофеев-Ресовский и К. Циммер (1947)
Стохастическая концепция радиобиологических реакций :
О. Хуг, А. Келлерер (1969)
Корогодин В.И. Стохастическая концепция лучевого поражения и принцип попадания. В: О.Хуг, А.
Келлерер, «Стохастическая радиобиология», М: Атомиздат, 1969, 5-18.
Корогодин: «... следует различать два класса событий:
 события попадания в соответствующие мишени, которые являются ….
первичным физическим пусковым механизмом.
 события, регистрируемые в эксперименте, которые могут быть связаны с
происшедшими попаданиями очень сложно и опосредованно»
В стохастической модели мишенями могут быть массовые структуры
клетки, и конечная радиобиологическая реакция может
осуществляться опосредованно.
Статистическая модель восстановления клеток
от радиационных повреждений
(конец 60-х начало 70-х)
Основные соавторы: В.И. Корогодин, Ю.Г. Капульцевич, В.Г. Петин, К.М. Близник
Их исследования показали:

в клетках возникают повреждения разного качества;

критическое число повреждений, летальное для клетки, зависит от условий
культивирования и репарационного генотипа [3]
2
3 Капульцевич Ю.Г., Петин В.Г., Корогодин В.И., Близник К.М. Анализ радиобиологических реакций
дрожжевых клеток. II.Формы инактивации и пострадиационная модификация лучевого поражения.
Радиобиология, 1972, Т.12, №3, 408-415

2
3

4
5
4.
На основе статистического моделирования была построена модель,
учитывающая восстановление клеток [2-5].
Капульцевич Ю.Г., Корогодин В.И., Петин В.Г. Анализ радиобиологических реакций дрожжевых клеток.
I. Кривые выживания и эффект дорастания. Радиобиология, 1972, Т.12, №2, 267-271
Капульцевич
Петин В.Г., клеток
Корогодин несут
В.И., Близник
К.М.
Анализповреждений,
радиобиологических
ПотомкиЮ.Г.,
облученных
разное
число
т.е. реакций
реакции
дрожжевых клеток. II.Формы инактивации и пострадиационная модификация лучевого поражения.
дочерних клеток неоднозначно связаны с числом повреждений материнских
Радиобиология, 1972, Т.12, №3, 408-415
клеток. Для
описания
нестабильности
требовались
новые
стохастические
Капульцевич
Ю.Г.,
Близник К.М.,
Корогодин В.И., Петин
В.Г., Кабакова Н.М.
Анализ
радиобиологических
допущения
[4] клеток. 3. Характеристика колоний, вырастающих из облученных дрожжевых
реакций
дрожжевых
клеток.
Радиобиология,
1972,
Т.12,
№4, 554-560
Капульцевич
Ю.Г., Близник
К.М.,
Корогодин
В.И., Петин В.Г., Кабакова Н.М. Анализ радиобиологических
Капульцевич
Ю.
Г.
Количественные
закономерности
лучевого
поражения из
клеток.
М.: Атомиздат,
реакций дрожжевых клеток. 3. Характеристика колоний,
вырастающих
облученных
дрожжевых
1978
. Радиобиология, 1972, Т.12, №4, 554-560
клеток.
Две стратегии выживания: кривые выживания (70-е гг)
Основные соавторы: В.И. Корогодин, Ю.Г. Капульцевич, В.Г. Петин, К.М. Близник, Ю.В. Корогодина

В области плеча кривой выживаемости формируются
«дорастающие» клоны [2];
2
Капульцевич Ю.Г., Корогодин В.И., Петин В.Г. Анализ
Область
плеча кривойреакций
выживаемости
соответствует
радиобиологических
дрожжевых
клеток. I. Кривые
выживания и эффект
дорастания.
Радиобиология,
возникновению
наибольшего
числа
(60-65%) 1972, Т.12,
№2, 267-271
радиорас
[7];
Близник К.М., Капульцевич Ю.Г., Корогодин В.И., Петин В.Г.
Чем
больше экстраполяционное
число,у тем
больше
Закономерности
формирования радиорас
дрожжевых
организмов.
4. Зависимость
выхода
сальтантов
от условий [6];
число
повреждений
в клетках,
в том
числе летальных
пострадиационного культивирования. Радиобиология, 1974,
Корогодин
Близник К.М., Капульцевич Ю.Г., Петин В.Г.,
Т.14, №2,В.И.,
229-236
Кабакова Н.М. возникновения
Закономерности формирования
радиорас увыше
Вероятность
клеток с изменениями
дрожжевых
организмов.
3.
Количественные
закономерности
в гибнущей субпопуляции клеток;
лучевого расообразования у диплоидных дрожжей.
Расообразование
может
в контроле при
Радиобиология, 1972,
Т.12,возникать
№6, 857-863.

7

6


неоптимальных условиях культивирования [8].
8
Корогодин В.И., Близник К.М., Капульцевич Ю.Г., Петин В.Г.
Закономерности формирования радиорас у дрожжевых
организмов. 10. О неслучайности распределения некоторых
наследственных изменений по клонам, вырастающим из
облученных клеток. Радиобиология, 1977, Т.17, №1, 27-30.
Выживаемость (1) и
относительное количество новых
рас (2) среди выживающих клеток
в зависимости от дозы облучения
[7]
Две стратегии выживания: выживание на селективных
средах (середина 80-х)
Соавторы: В.И. Корогодин, В.Л. Корогодина , Ч. Файси


9
Высокая частота мутационных изменений,
дорастание клонов характеризуют процессы на
селективной среде культивирования. Чем
сильнее селекция, тем выше частота
мутирования [9].
Появление большого числа мутантных
клеток в колонии приводит к
возникновению адаптивной клетки,
формирующей «бородавку» на
селективной среде [9].
Ilyina V.L., Korogodin V.I., Ch. Faj’zi Dependence of
spontaneous reversion frequencies in haploid yeasts of
different genotype on the concentration of adenine in the
medium and on the age of the culture. Mutat. Res., 1986,
V.174, 189-194.
Зависимость частоты ревертирования
дрожжей от концентрации аденина в среде
культивирования. Штамм 8ПГ-59
возраст 7 и 17 дней; р192 , возраст 16 и
27 дней [9].
Две стратегии выживания


Две стратегии выживания:
стратегия адаптации популяции: возникновение
большого числа повреждений и адаптивной клетки
(плечо кривой выживаемости и селективная среда).
стратегия восстановления клеток и организмов
(область дозовой зависимости).
Гипотеза адаптации растений, связанная с межклеточными
процессами в меристеме корешков проростков (конец 90-х)
Соавторы: В.И. Корогодин, В.Л. Корогодина , Б.В. Флорко
Межклеточные процессы вторичного повреждения клеток (bystander effect): Mothersill, Wright, Price ..
12 V. L. Korogodina, C.P., Bamblevsky, B.V.Florko , V.I. Korogodin, - Variability and viability of seed
plant populations around the nuclear power plant. In: Impact of radiation risk estimates in normal
and emergency situations. 2006, Springer: 85-93.
Процессы в меристеме корешков, ведущие к адаптации проростков
или их гибели:
1. первичное повреждение клеток меристемы,
2. вторичные процессы повреждения соседних клеток,
3. естественный отбор растений с появляющимися аберрантными
клетками (АК).
Вероятностная модель адаптации
Соавторы: Б.В. Флорко, В.Л. Корогодина [11], при участии В.Б. Приезжева
Статистика первично поврежденных
клетокВ.Л.
описывается
статистикой
Пуассона
какодной
11 Флорко Б.В., Корогодина
Анализ структуры
распределений
на примере
статистикой редких и независимых
событий
цитогенетической
задачи. Письма в ЭЧАЯ. 2007. Т. 4. №4. С. 559-570
Pn 
0n
n!
e  0
В некоторой субпопуляции клеток меристемы могут идти вторичные межклеточные
процессы, ведущие к появлению новых АК
Pn (a) 
(t   0 ) n  ( t  0 )
e
n!
Появление новых АК увеличивает материал для естественного отбора.
В результате отбора вероятность адаптации меристемы к моменту времени t выражается
формулой
 t
G (t )  1    i e
i
i 1
Распределение семян по числу АК в меристеме описывается суммой
геометрического и пуассоновского распределений (G+P).
Статистическое моделирование
появления аберрантных клеток в меристеме корешков проростков семян
подорожника, произрастающего вблизи источника радиации
В.Л. Корогодина, Б.В. Флорко, Л.А. Мельникова, В.П. Бамблевский, В.И. Корогодин
Выживаемость семян снизилась с 80% до 20%.
Радиационный фон – 10-15 мкЗ/ч (98, 99 гг).
Содержание химических поллютантов не
коррелировало с биологическими показателями.
Т: 40-42С (лето 98); Тмах: 46-48 С 99 г (лето 99).
Зависимость параметров модельных распределений
проростков по числу АК от относительной дозы
и антиоксидантного статуса [12].
P параметры _____ (1999);
G параметры _____ (1999);
Контроль P _ _ _ _ (1998);
Контроль G _ _ _ _ (1998)


12 V. L. Korogodina, C.P., Bamblevsky, B.V.Florko , V.I.
Риск хромосомной нестабильности.
Korogodin, - Variability and viability of seed plant
Риск повышения числа АК определяетсяpopulations
параметрами
Р- nuclear
распределения.
around the
power plant. In: Impact of
risk estimates
in normal and
emergency
situations.
Риск нестабильности, приводящей кradiation
селекции
и гибели
семян,
определяется
2006, Springer: 85-93.
параметрами G-распределения.
Статистическое моделирование распределений лиц разных
поколений по частоте встречаемости АК
(В.Л. Корогодина, Л.П. Осипова, Б.В. Флорко, Е.С. Антонова)
Пос. Самбург Ямало-Ненецкого АО


Условия окружающей среды:
Пос. Самбург (ядерные испытания на
Новой Земле). Cодержание 137Cs: лишайник
118 Бк/кг, оленина 1200 Бк/кг
Пос. Малое Голоустное (ядерные
испытания в г. Семипалатинске).
Cодержание 137Cs: почва 250 мКи/км2
Прибайкалье. Пос. Малое Голоустное
Цитогенетический анализ
лимфоцитов
анализ метафаз в стадии первых
митозов
Частота АК – отношение числа АК к
числу ПК лимфоцитов.
контроль- Новосибирск, NМФ=100
Выборки жителей:
пос. Самбург, ЯНАО – 163; пос. Малое Голоустное – 66; г. Новосибирск – 40
Статистическое моделирование распределений лиц разных
поколений по частоте встречаемости АК
(В.Л. Корогодина, Л.П. Осипова, Б.В. Флорко, Е.С. Антонова)
12
9
25
50
20
40
6
5
4
3
2
8
6
4
Встречаемость
7
Встречаемость
10
Встречаемость
Встречаемость
8
15
10
5
2
1
0
2
4
6
8
0
5
10
Частота АК
15
20
0
25
2
10
4
Возраст 50-80
mG=0,2 mP=4,2
6
8
0
10
0
5
Частота АК
Частота АК
Возраст 38-49
mG= 2,9 mP=4,3
10
15
20
Частота АК
Возраст 18-38
mG=2,5; mP=3,7
16
6
20
0
0
0
30
Возраст <18
mP=3,3
8
12
14
10
3
2
1
12
10
8
6
4
6
Âñòðå÷àåì î ñòü
4
Âñòðå÷àåì î ñòü
Встречаемость
Встречаемость
5
8
6
4
2
2
0
0
0
0
2
4
6
8
Частота АК
10
12
0
2
4
6
8
10
0
12
1
частота АК
2
3
4
5
×àñòî òà ÀÊ
6
7
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
×àñòî òà ÀÊ
Возраст 60-80
Возраст 40-59
Возраст <40
Возраст <18
mG=12,8
mG=5,9 mP=4,2
mP=3,8
mP=3,1
G-закон.
P-закон
Сумма (P+G)
*Стандартные ошибки выборочных средних значений d(mP)= 10-15% , d(mG)=30-40% ,
** Контрольную группу составляет выборка жителей г.Новосибирска, для которых число активированных лимфоцитов >100.
Встречаемость
20
15
10
5
0
0
1
2
Частота АК
mP=1,4
3
Выводы

Вероятностная модель адаптации описывает процессы появления
клеток с нарушениями и естественного отбора в популяции. Область
применения модели адаптации - неоптимальные условия, создающие
селекцию в экологической нише.

Мишенями в вероятностной модели адаптации могут являться массовые
структуры клетки, влияющие на повреждаемость ДНК, а регистрируемой
реакцией - клетки с хромосомными аберрациями.

Значения параметров модели адаптации являются оценкой риска
развития хромосомной нестабильности и селекции в популяции.
Авторы благодарят В.Б. Приезжева и
Г.А. Ососкова за плодотворные обсуждения
Спасибо за внимание