Отдаленные популяционно-генетические проблемы Чернобыля

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