CC BY
105
УДК : 615.9 : 575.113
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ТОКСИКОЛОГИИ Э.Г. Багаутдинова1, Д.О. Каримов1, Г.Ф. Мухаммадиева1, А. Б. Бакиров1, Л.К.Ибраева 2
1-ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека», Уфа, Россия 2-РГКП на ПХВ «Западно-Казахстанский государственный медицинский университет
имени Марата Оспанова», Актобе, Республика Казахстан
Рассмотрены актуальные проблемы генетической токсикологии и общие подходы к оценке генотоксической и мутагенной активности факторов окружающей среды. Современные методы оценки органной специфичности мутагенов, альтернативные методы генетической токсикологии.
Ключевые слова: токсикология, генетическая токсикология, генотоксические эффекты, факторы окружающей среды
CURRENT PROBLEMS OF GENETIC TOXICOLOGY
Bagautdinova E.G.1, Karimov D.O.1, Mukhamadiyeva G.F.1, Bakirov A.B.1 , Makenova A.M.2
Ufa Research Institute of Occupational Medicine and Human Ecology, Ufa,Russia Ospanov Western Kazakhstan State Medical University, Aktobe, Kazakhstan
Actual problems of genetic toxicology and general approaches to assessing the genotoxic and mutagenic activity of environmental factors are considered. Modern methods of evaluation of organ specificity of mutagens, alternative methods of genetic toxicology are presented. Key words: toxicology, genetic toxicology, genotoxic effects, environmental factors
В настоящее время в связи с интенсивным развитием производства и загрязнением окружающей среды миллионы людей подвергаются воздействию новых факторов физической, химической и биологической природы. Известно более 7 миллионов химических соединений, причем их число каждый год возрастает примерно на 10%, и около 15% из числа вновь синтезированных веществ находят то или иное применение в различных областях человеческой деятельности. Некоторые из этих веществ являются генотоксичными, т.е. способны вызывать генетические изменения как в соматических, так и в половых клетках. Подобные изменения могут привести к возникновению злокачественных новообразований и нарушения в развитии потомства.
Осознание опасности индуцированного мутагенеза для жизни и здоровья человека привело к развитию исследований по разработке методов, тактики и стратегии генетического скрининга, направленного на выявление и устранение потенциальных мутагенов из среды обитания [1]. Интенсивное развитие молекулярно-генетических методов исследования и быстрое накопление новых знаний в области молекулярной и клеточной биологии сформировало генетическую токсикологию как самостоятельную научную дисциплину.
Генетическая токсикология как наука возникла в 70-х годах прошлого века на стыке генетики, токсикологии, микробиологии, гигиены, биохимии и молекулярной биологии.
Основной ее задачей является оценка риска возникновения мутаций в соматических и генеративных клетках при действии агентов разной природы.
Начиная с 70-х годов прошлого века, обязательным элементом системы всесторонней токсикологической оценки факторов окружающей среды при их регламентировании в среде обитания человека является анализ их мутагенной активности. Разрабатываются международные и национальные методические документы по принципам тестирования мутагенной активности, методам проведения исследований, подходам к использованию результатов тестирования и разработке мер по ограничению или минимизации контакта человека с мутагенами (гигиеническое регламентирование, запрет на использование и т.д.). Развитие знаний в области мутагенеза, генетической токсикологии, гигиены приводит к необходимости периодического пересмотра документов по генетическому тестированию [4].
К настоящему времени сформулированы основные закономерности мутагенеза, которые являются фундаментальной основой генетической токсикологии, создан и верифицирован методический аппарат, проведены многочисленные исследования по определению мутагенной активности различных факторов окружающей среды. В новых интересных исследованиях, выполняемых в разных странах мира, развиваются фундаментальные, методологические и прикладные аспекты этой науки [3, 4].
Одной из главных задач генетической токсикологии является разработка адекватных тест-систем для раннего обнаружения мутагенных свойств различных агентов. Развитие тест систем для изучения генотоксичности явилось толчком к изучению механизмов и последствий взаимодействий химических веществ с генетическим материалом. Основные достижения в этой области связаны с изучением тонких молекулярных механизмов работы генетических программ, "ошибок" на разных этапах работы генома: репликации ДНК, транскрипции, сплайсинга, трансляции, разного рода репарационных процессов, экспрессии генов и т.п. Важно определить возможные "последствия" таких ошибок.
Возрастает значение генетической токсикологии как фундаментальной науки, базирующейся на знаниях о мутагенезе и токсикологических аспектах действия факторов in vivo, а также имеющей значительную прикладную составляющую, обеспечивающую генетическую безопасность населения на современном этапе. Новые клеточные технологии должны учитывать комплекс цитогенетических нарушений, процессы клеточной кинетики, органную специфичность и быть высокоинформативными для диагностики мутагенных свойств факторов окружающей среды в эксперименте и при обследовании людей.
Перспективным направлением является изучение механизмов действия новых факторов, вводимых в среду обитания человека. Среди них можно назвать нанотехнологии и наноматериалы, большой спектр физических факторов, широкий спектр электромагнитного и радиоизлучения в широком диапазоне волн от сверхнизких до гипервысоких, особенности реакций организма на введение в его внутреннюю среду чужеродного генетического материала (ДНК, РНК, стволовых и других клеток) и т.п. [4].
Проблема оценки мутагенной активности химических соединений, а в последнее время и наноматериалов, с учетом органной специфичности решается путем использования трех подходов: проведения исследований на специально сконструированных моделях
трансгенных мышей и крыс; метода ДНК-комет; полиорганного микроядерного теста или полиорганный кариологический тест. Однако по финансовым затратам, методическим аспектам, выявляемым типам повреждений эти тесты не равнозначны. Первый из них позволяет выявлять генные мутации, но является дорогостоящим и требует использования трансгенных животных; второй получил широкое распространение, относительно недорог, но позволяет выявлять первичные повреждения ДНК, которые могут быть реализованы или не реализованы в истинные мутации; полиорганный микроядерный тест или полиорганный кариологический тест также почти не требует затрат по сравнению с классическим микроядерным тестом на клетках костного мозга и позволяет оценивать кластогенные и анеугенные события в клетках разных органов [6].
Из указанных трех тестов тест ДНК-комет находит в настоящее время все большее распространение. Метод основан на регистрации различной подвижности в постоянном электрическом поле поврежденной ДНК и/или фрагментов ДНК индивидуальных лизированных клеток, заключенных в агарозный гель. При этом ДНК мигрирует к аноду, формируя электрофоретический след, визуально напоминающий "хвост кометы", параметры которого зависят от степени поврежденности ДНК [5].
Значительным преимуществом теста ДНК-комет является возможность его использования в модификациях с различными дополнительными ферментами для определения типов повреждения генетических структур: одно и двунитевых разрывов, щелочелабильных сайтов, относительного уровня поврежденных оснований ДНК, уровня окисленного гуанина, алкилированных оснований, пиримидиновых димеров, метилированной ДНК, сшивок ДНК-ДНК или ДНК-белок [6]. Метод позволяет решить актуальную задачу оценки генотоксичности in vivo и in vitro для прогноза мутагенности и канцерогенности, при этом дает возможность более детально исследовать патогенетическое значение повреждений ДНК. Следует отметить, что применения метода ДНК-комет возможно не только в области генотоксикологии. Существуют очевидные перспективы его использования в качестве индикаторного теста при проведении эпидемиологических и различного рода экспериментальных и клинических исследований.
Невозможно полностью исключить контакт со многими канцерогенами, в связи с этим активно ведется поиск соединений, обладающих антимутагенными и антиканцерогенными свойствами, с целью снижения риска развития негативных последствий при воздействии вредных веществ, особенно в условиях производства и при применении лекарственных средств [2, 7].
В связи с этим внедрение молекулярно-генетических методов является одним из перспективных подходов для оценки опасности многих химических веществ, в том числе и промышленных. Информация по мутагенной опасности химических веществ может быть реальной основой для разработки мероприятий по управлению риском.
Список литературы:
1. Система оценки химических веществ на мутагенность для человека: общие принципы, практические рекомендации и дальнейшие разработки / Н. П. Бочков, Р. Я. Шрам, Н. П. Кулешов, В. С. Журков // Генетика. - 1975. - Т. 11, №10. - С. 156 -169.
2. Методические указания по изучению мутагенных свойств фармакологических веществ. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. / под ред. чл. корр. РАМН, проф. Р. У. Хабриева. - - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: ОАО Изд-во «Медицина», 2005. - С.100 - 122.
3. Научно - методические и законодательные основы обеспечениягенетической безопасности факторов и объектов окружающей и производственной среды в целях сохранения здоровья человека: Материалы объединенного Пленума научных советов Российской Федерации по экологии человека и гигиене окружающей среды и по медико - экологическим проблемам здоровья работающих / под ред. Ю. А. Рахманина, Н. Ф. Измерова. -М., 2010. - 240с.
4. Сычева Л.П. Обоснование необходимости оценки генетической безопасности ксенобиотиков в опытах на млекопитающих /Л. П. Сычева // Гигиена и санитария. - 2011. - № 5. - С. 18 - 23.
5. Сычева Л. П.Оценка генетической безопасности наноматериалов / Л.П. Сычева, В.С. Жур-ков // Вестник РАМН. - 2011. - № 9. - С. 72 - 76.
6. Сычева Л. П. Современные проблемы и методы оценки генотоксического и мутагенного действия факторов окружающей среды при обследовании людей и в эксперименте / Л. П. Сычева //Прикладная токсикология. - 2011. - № 3. - С. 24 - 34.
7. Сычева Л. П.Актуальные проблемы генетической токсикологии / Л. П.Сычева, В. С. Жур-ков, Ю. А. Рахманин // Генетика. -2013. - Т. 49, № 3. -С. 293-302.
