CC BY
26
ОБЗОРЫ
ФОТОРЕАКТИВАЦИЯ (ПРОБЛЕМА АНТАГОНИЗМА ИЗЛУЧЕНИИ РАЗНОЙ ДЛИНЫ ВОЛНЫ)
(Обзор литературы)
Кандидат медицинских наук В. А. Барабой
Из лаборатории биофизики Института физиологии имени А. А. Богомольца Академии
наук УССР
Одним из интереснейших вопросов современной радиобиологии является проблема антагонистического взаимодействия излучений, относящихся к разным участкам электромагнитного спектра. В 1949 г. од новременно и независимо друг от друга советский ученый И. Ф. Кова лев и американец Кельнер (Keiner) открыли явление фотореактивации являющееся частью этой проблемы.
Фотореактивация — это восстановление функций биологических объектов, поврежденных при воздействии ультрафиолетовых лучей, при помощи излучений с большей длиной волны, чем повреждающий свет Это явление представляет несомненный интерес для гигиенистов. Оно должно учитываться при проведении санации воздуха и воды при помощи ультрафиолетового излучения, при стерилизации и пастеризации пищевых продуктов ионизирующими излучениями, при проведении профилактического облучения подростков, шахтеров и др. ультрафиолетовыми лучами.
В основных экспериментах с фотореактивацией для получения раз рушительного эффекта пользовались монохроматическим потоком ультрафиолетовых лучей с длиной волны 2537 А.
В качестве источника коротковолнового ультрафиолетового излучения использовались ртутно-кварцевые лампы с фильтрами или моно-хроматорами, дающие световой поток определенной длины волны. Чаще всего для получения повреждающего эффекта пользовались лампами низкого давления; 85% их светового потока приходится на резонансную линию ртути 2537 А.
Для получения эффекта фотореактивации применялись более длинноволновые лучи, главным образом в пределах 3130—5000 А. Максимум фотореактивирующего действия приходится на диапазон 3600—4350 А. Реактивирующий эффект достигался при помощи люминесцентных ламп без фильтров либо путем выделения из спектра излучения отдельных волн: 3130, 3350, 3650, 4047, 4358, 5460 А и т. п.
Дозу излучения во всех опытах рассчитывали по мощности падаю щего светового потока и по продолжительности экспозиции. Совершенно не учитывались различия в проникающей способности излучений, разной длины волны. В эксперименте на одноклеточных эта методическая погрешность, возможно, и не очень существенна ввиду доступности всего организма воздействию лучей. При работе же с многоклеточными в особенности с позвоночными животными, расчет дозы только по коли честву падающей энергии явно недостаточен. При облучении млекопи тающих львиная доля энергии поглощается и рассеивается шерстью роговым слоем эпидермиса и биологического действия не оказывает При этом такие второстепенные моменты, как цвет и густота шерсти.
могут оказать не мёныиее влияние на конечный биологический эффект чем различия в дозе и качестве лучей.
Мощность светового потока в экспериментах по фотореактивации определяли при помощи термо- или фотоэлементов и рассчитывали в эргах на квадратный сантиметр или миллиметр в секунду.
Для удобства расчетов величины фотореактивации, для наглядности и сравнимости результатов реактивирующего действия света в разных опытах широко используются понятия: процент выживаемости (при фотореактивации) и процент фотореактивации [Дюльбекко (Dulbecco)]. Эти термины неидентичны. Если No — общее число организмов, участвующих в эксперименте, NT — число выживших после инактивации ультрафиолетовыми лучами и содержания в темноте и Nc — число выживших после инактивации и фотореактивации, то Nc/No—фракция выживших после освещения реактивирующим светом, (Nc/No) -100 — процент выживаемости при фотореактивации, (Nc —NT/No—NT) — степень фотореактивации, (Nc—NT/N0—N т) • 100— процент фотореактивации. Процент фотореактивации никогда не бывает равен 100, так как обычно не все инактивированные клетки могут восстановить свои функции.
Имеющиеся в литературе данные об антагонистическом действии других участков спектра не входят в понятие собственно фотореактивации и рассматриваются в заключительном разделе обзора.
Эффект фотореактивации воспроизведен на белках, нуклеиновых кислотах и т. п. [Уэллс (Wells, 1956), M. А. Коломийченко и др.]. Показателями повреждающего действия ультрафиолетовых лучей в этих работах служили степень деполимеризации и инактивации, колебания активности ферментов.
Наибольшее количество работ по фотореактивации выполнено на микроорганизмах.
Вирусы и бактериофаги. Боуден и А. Клечковский (Baw-den, Kleczkovski, 1952, 1953) описали фотореактивацию частиц растительных вирусов, Харм (Harm, 1958), Хилл и Росси (Hill, Rossi, 1954) и Дюльбекко наблюдали этот эффект на коли-фагах; И. Клечковский и А. Клечковский (1953) —на фагах (Rhisobium), Ковальо и Канательмо (Cavallo, Cantelmo) —на фагах гноеродных кокков и т. п. Признаком инактивации вирусов и фагов является потеря способности проникать в клетки хозяина и размножаться в них. Восстановление этой способности свидетельствует о реактивации.
Бактерии. После работ Кельнера на кишечной палочке появн лись работы Андерсона (Anderson, 1949), Беллами и Джермена (Bella my, Germain, 1955), Бергера и др. (Berger et al., 1953), Джоучера и др (Goucher et al., 1956), Каплана (Kaplan, 1956), Ньюкомба и Уайтхеда (Newcomb, Whitehead, 1951), Стуи (Stuy, 1955) и др., выполненные на кокках, грамположительных и грамотрицательных палочках, споронос ных и неспороносных бактериях и т. п.
Грибы. Ряд работ [Кельнер, Браун (Brown, 1952), Регнер (Regner, 1951), Сарачек (Sarachek, 1954] осуществлен на дрожжах, пени-циллиумах, актиномицетах и т. п.
Простейшие. Фотореактивация повреждений, нанесенных ультрафиолетовыми лучами, осуществлена на инфузориях [И. Ф. Ковалев, Эрет (Ehret, 1955)], на хламидомонадах [Вейс (Weis, 1952)], на коловратках, эвгленах, амебах и т. п. [Кимбелл и Гайтнер (Kimball, Gaitner 1951)].
Во всех экспериментах на бактериях, грибах, простейших повреждающее действие ультрафиолетовых лучей учитывалось по летальному эффекту, по замедлению ритма и остановке деления, по появлению мутаций, нарушению синтеза нуклеиновых кислот, ферментов, по изменениям морфологии. Эффект фотореактивации проявлялся в этих опытах в востановлении нормального ритма деления, в увеличении выживаемо-
сти по сравнению с содержащимся в темноте контролем, в восстановлении синтетических процессов и нормальных морфологических признаков.
Большая группа работ выполнена на сперме и яйцеклетках морских ежей. Впервые феномен фотореактивации на животных клетках был воспроизведен Блюмом и др. (Blum et al., 1949), а затем появились работы Гизе (Giese, 1953), Айверсона (Iverson, 1958), Холлен-дера (Hollaender, 1954), Маршака (Marshak, 1949), Тайлера (Tyler, 1950), Уэллса (1950). В этой группе работ показателями повреждающей действия ультрафиолетовых лучей являлись: для спермы — утрата способности к оплодотворению яйцеклеток, отпадение жгутиков, вакуолизация; для яйцеклеток — замедление или остановка деления (после оплодотворения).
Насекомые. Феномен фотореактивации получен на мухах-дрозофилах [Альтенбург (Altenburg, 1952, 1957); Мейер (Meyer, 1957)], на яйцах осы [фон Борстель и Вольф (von Borstel, Wolff, 1957)], на нейробла-стах кузнечиков [Карлсон и Макмастер (Carlson, McMaster, 1951)] и т.п.
Высшие животные. В работе Зимскинда и Шисгалла (Zim-skind, Shisgall, 1955) показана фотореактивация изменений в окраске головастиков, в работе В. Л. Левина — фотореактивация повреждений мерцательного эпителия жабер перловицы. Батлер и Блюм (Butler) в 1955 г. воспроизвели эффект фотореактивации на конечностях взрослых саламандр, Шверен и др. (Schueren et al., 1953) — на лягушках, Пирс и Гизе (Pierce, Giese, 1957) — на нервах лягушек и крабов. На белых мышах выполнена работа Рикка и Карлсона (Rieck, 1955). Мышей облучали по 35—40 минут 5 раз в неделю в течение 20 дней. В перерывах одну половину мышей содержали в темноте, вторую — на свету. Продолжительность жизни и число выживших животных во второй группе было больше. Наглядным показателем повреждающего действия ультрафиолетовых лучей, помимо гибели, являлось изъязвление ушей. Наконец, на мышах показана возможность фотореактивации канцерогенного действия ультрафиолетовых лучей [Гриффин и др. (Griffin et al., 1955), Кельнер и Тафт (Taft, 1956), Мортон и др. (Morton et al.. 1951)].
Таким образом, на самых различных биологических объектах воспроизведен эффект фотореактивации. Он обнаруживается фактически везде, где его серьезно ищут. Лишь в нескольких достоверных случаях, главным образом у бактерий, фотореактивация не обнаружена. Известны и некоторые причины этих исключений. Феномен фотореактивации не воспроизводится после больших доз ультрафиолетовых лучей, вызывающих необратимую деструкцию (Стуи). Гиршфильд и Гизе (Hirsh-field, 1953) установили, что отсутствие фотореактивации у простейших Blepharisma undulans объясняется наличием в их цитоплазме пигмента-фотосенсибилизатора, который усиливает действие видимого света и делает его разрушительным. Блюм и др. (1954) в опыте на яйцеклетках морских ежей показали, что из пяти эффектов облучения фотореакти-вируема только задержка деления, тогда как цитолиз, активация, обездвиживание, отделение наружной желеобразной мембраны не исчезают после освещения видимым светом. Отсюда Блюм, а также Кельнер и другие ученые делают выводы, что могут быть фотореактивированы лишь ядерные деструкции.
Универсальность феномена фотореактивации, воспроизводимость его на разных объектах свидетельствуют о его общебиологическом значении. Интересно, что и на некоторых небиологических объектах наблюдаются сходные эффекты. Еще в 1898 г. Виллар (Villard) установил, что при освещении рассеянным дневным светом заснятой, но не проявленной рентгенограммы получается не негативное, а позитивное, т. е. обращенное изображение. Впоследствии было установлено, что эффект
Виллара представляет собой лишь частный случай более общего явления — эффекта обращения или клайденэффекта: последующее облучение светочувствительного материала относительно более длинноволновыми лучами снимает или обращает эффект, вызываемый предшествующим коротковолновым излучением [Анжерер и Джус (Angerer, Joos, 1956)]. Б. Р. Киричинский и Ю. В. Игнатович показали, что суммарное почернение, вызванное одновременным действием на фотопластинку рентгеновых лучей и видимого света, меньше, чем почернение, вызванное одним видом излучений.
Существует несомненное сходство между эффектом фотореактивации на живых структурах и эффектом обращения на небиологических материалах. В обзорной статье Латарже (Latarjet, 1954) сообщается об открытии сходных явлений (фотоактивации и деактивации) в периодических структурах — кристаллах и полимерах. Полимеры рядом своих свойств приближаются к важнейшим биологическим соединениям — белкам и нуклеиновым кислотам. Как далеко простирается эта аналогия, покажут дальнейшие исследования.
Условия и закономерности фотореактивации
Зависимость от дозы. В определенных пределах процент фотореактивации возрастает пропорционально интенсивности и дли тельности освещения, т. е. пропорционально дозе видимого света (при одинаковой дозе ультрафиолетовых лучей). В эксперименте на кольпи-диях (Гизе, 1953) показано, что максимальный эффект фотореактивации наблюдается при соотношении около 100 квантов фотореактивирую-щего света на 1 квант повреждающего. Увеличение дозы ультрафиолетовых лучей после определенного предела уменьшает возможность фотореактивации (Айверсон и Гизе, 1954).
Зависимость от мощности излучения. Мощность обычных источников ультрафиолетовых лучей относительно невелика; с ее увеличением развитие необратимых изменений ускоряется, а эффект фотореактивации снижается [Джэггер (Jagger, 1958)]. Увеличение мощности реактивирующего света до определенного предела увеличивает выживаемость или не изменяет ее. При очень больших мощностях проявляется и начинает доминировать летательное действие видимого света [Нишиваки (Nishiwaki, 1953); Стуи; Валь и Латарже (Wahl, Latarjet, 1947)].
Соотношение во времени инактивирующего и реактивирующего света представляет большой интерес, в частности для понимания механизма их действия. В подавляющем большинстве опытов ультрафиолетовое облучение предшествовало действию реактивирующего света. При интервале до 20—30 минут для фагов, до 2—3 часов для кишечной палочки, до 30 часов для дрожжей эффект фотореактивации максимален (Дюльбекко, Кельнер, Гизе и др., 1957). Снижение температуры позволяет значительно увеличивать интервал между обоими облучениями при сохранении эффекта фотореактивации. Так, культура кишечной палочки штамма В, инактивированная ультрафиолетом при —55° и сохранявшаяся затем 6 дней при —10°, проявила после этого в полной мере способность к фотореактивации [Хайнметс и Тейлор (Heinmets, Taylor, 1951)]. По-видимому, снижение температуры замедляет течение обменных процессов и развитие вызванных ультрафиолетовыми лучами повреждений.
Фотореактивация наблюдается и при одновременном действии инактивирующего и реактивирующего света [Хельмке (Helmke, 1954)], но такая методика применяется редко, главным образом из-за технических трудностей.
В многочисленных работах исследовался вопрос об эффективности
применения реактивирующего света до ультрафиолета. В большинстве работ был получен отрицательный либо сомнительный результат (Джэг-гер). Лишь в работе Уизеруокса (Weatherwax, 1956) отмечено заметное увеличение выживаемости кишечной палочки штамма В (с Ю-3 до Ю-1). В отличие от фотореактивации для этого явления был предложен термин фотодесенсибилизация (Гизе, 1953; Уизеруокс) и фотозащита [Латарже и Грэй (Gray, 1954)]. Если сам факт фотозащиты может считаться установленным, то о механизме этого явления известно мало. Можно полагать лишь, что он неидентичен механизму фотореактивации. Об этом свидетельствует работа Гизе и др. (1952), в которой был получен эффект фотозащиты кольпидий (до 35%) под влиянием видимого света, но один синий свет такого эффекта не давал. Поскольку синий свет весьма эффективен для фотореактивации, можно думать, что фотозащита и фотореактивация имеют разные спектральные максимумы и, следовательно, разные механизмы, хотя и дают аналогичные результаты.
До облучения организма влияют на конечную его выживаемость состав среды, стадия роста облучаемых клеток, содержание влаги и т. п. После облучения влияют температура и pH среды, состав ее и время экспозиции. В момент облучения условия среды, видимо, существенно не влияют, о чем свидетельствуют отсутствие кислородного эффекта, влияния температуры, замораживания и т. п. Подробно влияние всех этих факторов рассматривается в работе Целле и Холлендера (Zelle. 1957).
Роль температуры. Низкие температуры влияют на фотореактивацию, замедляя течение обменных процессов, удлиняя период развития необратимых изменений, облегчая тем самым развитие репарации. Вместе с тем химические реакции, лежащие в основе фотореактивации, обладают температурным коэффициентом, большим единицы (Дюльбекко, Кельнер, Джэггер и др.). Это значит, что с повышением температуры на 10° скорость химических реакций возрастает в Р/г—3 раза и более. В то же время известно, что фотохимические реакции, использующие энергию поглощенных квантов света, мало зависят от температуры. Очевидно, фотореактивация есть конечный этап длинной цепи химических превращений, обладающих температурным коэффициентом Qio, хотя начинается эта цепь с фотохимической реакции.
Роль влаги. Многочисленными работами установлено, что фотореактивация, активно идущая в жидких культурах микробов и простейших, при прочих равных условиях становится невозможной, если освещаются замороженные (Хайнметс и Тейлор) или сухие микроорганизмы [Хилл и Росси, 1952; Ромиг и Уисс (Romig, Wyss)] и т. п. Вместе с тем Ке'льнер осуществил фотореактивацию сухих спор актиноми ' цетов.
Состав среды. При недостаточном питании (Гизе и др., 1953) регенеративные процессы ослабляются, и для получения максимального эффекта требуется уже не 100, а около 1000 квантов реактивирующего света на 1 квант повреждающего. Такие продукты метаболизма, как аминокислоты: глицин (Гизе и Уэллс, 1952), валин, лейцин и др., а также сывороточный и яичный глобулин [Тайлер и Аткинсон (Tylor, Atkinson, 1950)], анионы жирных кислот с 4—9 атомами углерода (А. Т. Ил-ков, 1959), определенные концентрации NaCl, KCl, Na2S04 защищают живые структуры от ультрафиолета.
В присутствии фермента каталазы наблюдается «каталазная регенерация», эффективная по отношению к поздним повреждениям, вызванным, вероятно, органическими перекисями (Латарже). Добавление уксусной кислоты, пировиноградной, фосфорной кислот и других продуктов межуточного обмена также способствует регенерации микроор ганизмов, но фотореактивация и ацетатная регенерация действуют си
нергично, следовательно, используют разные механизмы (Е. К. Серебрякова, 1958). Доказан синергизм фотореактивации и каталазной регенерации. Уизеруокс (1956) описывает рН-регенерацию: кислая среда более благоприятна для процессов регенерации.
И тепловая, и каталазная, и рН-регенерация осуществимы в течение 2—4 часов после облучения ультрафиолетовыми лучами, т. е. в тот же период, когда возможна фотореактивация. Очевидно, не будучи идентичными, все эти виды регенерации касаются одних и тех же повреждений в клетке, обратимость которых укладывается в этот промежуток времени (Хайнметс, 1953).
Количество кислорода не влияет на скорость фотореактивации. Репарация успешно идет и в бескислородной среде при освещении фагов (Дюльбекко), кишечной палочки [Джонсон и др. (Johnson et al., 1950)], дрожжей (Гизе и др., 1957) и т. п. В то же время летальное действие больших доз лучей 3500—4900 А усиливается в атмосфере кислорода (Джэггер).
Делапортом (Delaporte, 1951) описана регенерация по соседству, которая состоит в том, что при расположении кишечных палочек кучками регенерация идет значительно лучше, чем при раздельном расположении клеток. Автор полагает, что начавшая регенерировать клетка стимулирует регенерацию других. Однако контрольные эксперименты Гальперина и Эррера (Galperin, Еггег, 1956) не подтвердили данных Делапорта.
Механизм фотореактивации
На современном уровне развития радиобиологии наиболее обоснованными и претендующими на всесторонний охват являются две теории действия излучений: прямого и непрямого. Для ионизирующих излучений более важным механизмом биологического действия является, видимо, образование в жидких фазах организма активных радикалов, посредством которых энергия излучений инактивирует и разрушает важнейшие жизненные структуры клеток. Однако бесспорно существует и прямое разрушение биологических структур частицами или квантами большой энергии [Я. Л. Шехтман, Вельс (Wels)]. Обе упомянутые теории претендуют также на объяснение механизма действия других видов излучений, в частности ультрафиолетовых лучей и видимого света. Хотя механизм повреждающего действия ультрафиолетовых лучей пря мо не относится к теме обзора, его следует кратко рассмотреть парал лельно с данными о механизме фотореактивации.
Ультрафиолетовые лучи, воздействуя на биологические структуры, вызывают частичную ионизацию атомов и молекул, выбивая электроны. Этот эффект тем выраженнее, чем короче длина волны, и проявляется с 2200^2500 А. Главным же образом ультрафиолетовые лучи поглощаются важнейшими биологическими соединениями — белками и нуклеиновыми кислотами, молекулы которых переходят при этом в особое метастабильное состояние возбуждения (А. Н. Теренин, 1947;Мейер и Зейтц, 1952). Возбужденные молекулы необычно легко вступают в ряд химических реакций — окисления, лизиса и т. п. (H. Н. Семенов, В. Л. Левшин, Уотерс и др.), обусловливая в конце концов серьезные нарушения структуры и деятельности клеток.
В белках поглощают ультрафиолетовые лучи почти исключительно хромофорные циклические группировки аминокислот триптофана, тирозина, фенилаланина и гистидина, адсорбирующие преимущественно лучи с длиной волны около 2800 А [Нейрат и Бэйли, 1956; Смит (Smith, 1929)]. В нуклеиновых кислотах хромофорами являются циклические структуры азотистых оснований, главным образом пиримидиновых, поглощающие в основном лучи с длиной волны 2500—2600 Â. Таким обра-
зом, ультрафиолетовые лучи, используемые для инактивации живых тканей (2537 А), поглощаются нуклеиновыми кислотами в десятки раз интенсивнее, чем другими биологическими соединениями [Чаргафф и Дэвидсон. 1957; О. П. Ченинога, 1956; Шугар и Вьежховский (Shugar, Weirzchowski, 1958)].
Известно, что нуклеиновые кислоты локализуются преимущественно в ядрах клеток в виде нуклеопротеидов — соединений с белками. В то же время доказано, что именно ядро главным образом адсорбирует ультрафиолетовые лучи [Батлер (Butler, 1955), Норман (Norman. 1954), Мэйзиа, 1957 и др.]. Наконец, установлено, что кривые летального, мутагенного эффекта ультрафиолетовых лучей, тормозящего их действия на клеточное деление, совпадают с кривой поглощения ультрафиолетовых лучей нуклеиновыми кислотами (Гизе, 1959, Стрейси и др., 1959).
Таким образом, можно считать установленным, что повреждающее действие ультрафиолетовых лучей связано прежде всего с их ад-, сорбцией нуклеиновыми кислотами; в дальнейшем эта поглощенная энергия расходуется частично на разрушение нуклеопротеидных структур ядра, с чем связано преимущественно возникновение мутаций [Альтенбург, 1934, 1936, 1950, 1952, Браун (1951), Гуджел (Gudgal, 1950), Мюллер и др. (Muller et al., 1954), Ньюкомб и др. (1950)], нарушение процессов деления, роста и развития клеток (Кельнер и др., 1953). Образующиеся после адсорбции ультрафиолетовых лучей активные продукты вовлекают в сложные химические превращения и цитоплазму, обусловливая нарушения ферментативного синтеза, движения ресничек и т. п. Ультрафиолетовые лучи угнетают синтез дезоксирибо-нуклеиновой кислоты, деполимеризуют ее молекулы, о чем свидетельствует увеличение электрофоретической подвижности бактерий сразу после облучения и последующее ее постепенное снижение по мере выделения из клетки дериватов дезоксирибонуклеиновой кислоты (И. Грундлянд и др., 1956).
Фотореактивация не является просто прямой противоположностью инактивации. Прежде всего различны, вероятно, хромофоры, начинающие оба эффекта: фотореактивацию вызывают более длинноволновые лучи, слабо поглощающиеся нуклеиновыми кислотами. Максимум фотореактивации у большинства организмов приходится на лучи с длиной волны около 3800 А, а также 4358 А. Разные авторы высказывают различные предположения о природе хромофоров, поглощающих кванты реактивного света. Кельнер (1951) считает таковым порфнрин, Гизе и др. — рибофлавин, Джоучер и Кохолати (Kocholaty, 1957) — цито-хром, Боуен (по Джэггеру) — птерины, флавины. Все эти предположения основываются на спектральных исследованиях. Прямых доказательств в пользу того или иного хромофора не получено. Ясно лишь, что поглощают реактивирующие лучи какие-то обычные составные части клеток. Не исключено, что хромофоров несколько, в том числе и белки, и нуклеиновые кислоты.
Ряд фактов свидетельствует о существенной роли цитоплазмы и восстановлении разрушений, нанесенных ультрафиолетовыми лучами. В работе Блюма, Робинсона и Люса (Robinson, Loos, 1951) показано, что инактивированная ультрафиолетом сперма морских ежей к самостоятельной реактивации неспособна. Только после слияния с яйцеклеткой сперматозоид приобретает способность к фотореактивации. По-ви-днмому, для фотореактивации нужна цитоплазма, которая есть у яйцеклетки, но которой недостает у сперматозоидов. Скреб и Эррера (Skreb, Errera) в 1957 г. показали, что ядерные и безъядерные фрагменты амеб примерно в одинаковой степени способны к фотореактивации; следовательно, наличие ядра не является непременным условием протекания этого процесса. Безъядерные и почти не содержащие нуклеиновых ки-
слот нервные волокна также оказались способными к самостоятельной фотореактивации (Пирс и Гизе). Бактериофаги же и вирусы, представляющие собой сложные нуклеопротеидные структуры, способные к самовоспроизведению, могут быть реактивированы только после проникновения в клетки хозяина [Дюльбекко, Луриа (Luria, 1952) и др.]. Внутрь клетки хозяина проникает только нуклеиновая кислота фага (Френкель-Конрат, 1958), которая лишь при помощи цитоплазмы хозяина восстанавливает свои повреждения. Наконец, эксперименты с пересадкой облученных ядер в необлученную цитоплазму и наоборот (Айверсон, 1958) убедительно показывают, что облученная цитоплазма в отличие от ядра способна к самостоятельной фотореактивации. Необ-лученная цитоплазма не может устранить повреждений, нанесенных ультрафиолетовыми лучами ядру. Таким образом, можно утверждать, что если ультрафиолетовая инактивация клетки прежде всего связана с ядром, то для нормального течения фотореактивации существенное значение имеет цитоплазма.
По представлениям Руперта и др. (Rupert et al., 1958), необходимы по крайней мере два вещества: одно из них, высокомолекулярное и термолабильное, авторы отождествляют с белком, второе, низкомолекулярное и термостабильное — с коэнзимом. Согласно всем этим представлениям, энергия реактивирующего света адсорбируется самостоятельными хромофорами и лишь где-то на последующих этапах переносится на инактивированные ультрафиолетовыми лучами нуклеопротеидные структуры, главным образом ядерные.
Предположение об участии радикалов в механизме фотореактивации следует отвергнуть, ибо энергия лучей, возбуждающих фотореактивацию, недостаточна для расщепления молекул. В этом смысле теория непрямого действия радиации неприменима к фотореактивации. Но поскольку энергия реактивирующего света, как показано выше, переносится к структурам, инактивированным ультрафиолетовыми лучами, через посредство определенных соединений, можно рассматривать реактивирующий эффект как сложный, непрямой процесс, включающий ряд промежуточных звеньев. В качестве соединений, участвующих в этом процессе, выступают, вероятно, ферментные системы; весьма вероятно участие соединений типа пигментов-фотосенсибилизаторов (например рибофлавина). И если начало и конец этой сложной цепи превращений известны и изучены, то промежуточные ее звенья почти неизвестны, о них можно строить лишь более или менее вероятные предположения.
Основываясь как на фактах, так и на предположениях, общую картину феномена можно представить себе следующим образом. Адсорбция ультрафиолетовых лучей нуклеиновыми кислотами влечет за собой остановку синтеза дезоксирибонуклеиновой кислоты и частичный распад, деполимеризацию молекул нуклеиновых кислот. Это явление лежит в основе летального, мутагенного, антимитотического и других эффектов ультрафиолетового облучения. Видимый свет, адсорбируемый соответствующими хромофорами, активирует определенные ферментные системы и регенерирует повреждения в структуре дезоксирибонуклеиновой кислоты с последующим возобновлением ее синтеза и нормального течения основных клеточных процессов (Дюльбекко, Кельнер, Джэггер).
Заключение
Большой фактический материал, полученный по проблеме фотореактивации учеными разных стран и приведенный в данном обзоре, касается антагонистического взаимодействия двух небольших и близко расположенных участков электромагнитного спектра: длинноволновых ультрафиолетовых лучей и видимого света по отношению к коротковолновым ультрафиолетовым лучам. Но имеется ряд работ, доказывающих
наличие антагонизма и между другими участками спектра. Так, на светочувствительных материалах (см. введение к настоящему обзору) антагонизм доказан для пар: рентгеновы лучи — ультрафиолетовые лучи, рентгеновы лучи — видимый свет, ультрафиолетовые лучи — инфракрасные лучи и т. п. Нечто аналогичное показано и на биологических объектах. Работами Ю. Д.Жилова (1959), С. С.Жихарева (1939),Хельм-ке на человеческой коже, Шрайбера (Schreiber, 1937) на микроорганизмах, Свэнсона и др. (Swanson et al., 1948) на грибках Aspergyllus ter reus показано антагонистическое действие инфракрасных лучей по отношению к ультрафиолетовым лучам при последовательном и одновременном облучении.
Ряд работ демонстрирует реактивирующее действие ультрафиолетовых лучей по отношению к биологическому эффекту рентгеновского излучения. Такие данные получены М. А. Коломийченко на растворах белков, Сарачеком и Люкке (Lücke, 1953) — на культурах дрожжей, в генетических работах Кауфманна и др. (Kaufmann et al., 1945; 1946, 1949), Холлендера и др. (1954), Герчиком (Herchik, 1957) — на культурах кишечной палочки, Сульцбергером (Sulzberger, 1936) — на человеческой коже.
Таким образом, феномен фотореактивации в широком смысле охватывает, с одной стороны, всю обширную область излучений, обладающих заметным биологическим эффектом, и обнаруживается, с другой стороны, у представителей всех ступеней эволюции органического мира, от доклеточных форм жизни (вирусы, бактериофаги, отдельные биологические соединения) до наиболее высокоорганизованных существ — млекопитающих.
За немногие годы, прошедшие после открытия фотореактивации, этот феномен приобрел не только большое теоретическое значение, но и успешно начал использоваться для разнообразных практических целей. Значительные достижения в этом вопросе имеются, в частности, в нашей стране. Работами Л. И. Ерохиной и С. И. Алиханяна (1956), С. И. Алиханяна и др. (1957, 1959), Н. П. Дубинина и Р. А. Шавельзона показана перспективность использования феномена фотореактивации для селекции более продуктивных штаммов актиномицетов. Большой интерес представляют работы Е. Г. Жук (1958) на белых мышах, доказывающие принципиальную возможность использования феномена фотореактивации для лечения больных с лучевыми повреждениями.
Эти пока еще немногочисленные работы позволяют тем не менее утверждать, что дальнейшая разработка проблемы фотореактивации даст немало новых, важных в научном и практическом отношении выводов и рекомендаций.
ЛИТЕРАТУРА
Алиханян С. И., Ерохина Л. И. Антибиотики, 1959, № 2, стр. 14. — Еро-хина Л. И., Алиханян С. И. Докл. АН СССР, 1956, т. III, № 3, стр. 703. — Жихарев С. С. В кн.: Сборник работ по биологическому действию ультрафиолетовых лучей. М.—Л., 1939, стр. 173. — Ж у к Е. Г. Гиг. и сан., 1958, № 10, стр. 84. — Ковалев И. Ф. Ученые записки Украинск. ин-та глазных болезней им. В. П. Филатова, 1949, т. 1, стр. 385. — Он же. Экспериментальные данные об антагонизме в биологическом действии отдельных участков спектра лучистой энергии. Автореф. Дисс. канд. Одесса, 1953. — Коломийченко М. А. Укр. 6ioxiM. журн., 1958, т. 30, № 6, стр. 803. — Левин В. Л. Цитология, 1959, т. 1, № 6, стр. 699. — Теренин А. Н. Фотохимия красителей и родственных органических соединений. М.—Л., 1947. — Г и-зе А. Физиология клетки. М., 1959. — Грундлянд И., Кшивицкая К., X о й-нацкий М. Биохимия, 1958, т. 23, № 5, стр. 645. — Мей ер А., Зейтц Э. Ультрафиолетовое излучение. М., 1952. -— Нейрат Г., Бэйли К. (ред.). Белки. М., 1956, т. 2. — Ф р е н к е л ь-К о н р а т Г. Природа, 1958, № 4, стр. 29. — Чаргафф Э. (ред.). Нуклеиновые кислоты. М., 1957. — Altenburg Е., Am. naturalist, 1934, v. 113, N. 719, р. 491. — Altenburg L. S., Altenburg Е., Genetics, 1957, v. 42, р. 357. — Anderson Е. Н., J. Bact., 1951, v. 61, р. 389. — Anger er E„ Wissenschaftliche Photographie. Leipzig, 1956. — Bawden F. C., Kleczkovski A., J. gen.
Mikrobiol., 1953, v. 8, p. 145. — Blum H. F., Cook J. S„ Loos G. M„ Ibid., 1954. v. 37, p. 313. — Blum H. F., Matthews M. R„ Biol, bull., 1950, v. 99, p. 330. — Blum H. F., Robinson J. C„ Loos G. M., J. gen. Physiol., 1951, v. 35, p. 323. — В u t ler J. A. W., Experientia, 1955, v. 11, p. 289. — Dulbecco R. В кн.: Radiation biology. New York, 1955, v. 2, p. 455. — Giese A. C., Physiol, zoo!., 1953, v. 26, p. 1.— Giese А. С., I verso n R. M„ Sanders R. Т., J. Bact., 1957, v. 74, p. 276. — Gray L., Brit. J. Radiol., 1952, v. 25, p. 235. — Griffin A. C., Dolman V. S. Böhlke E. B. et al„ Cancer Res., 1955, v. 25, p. 523. — Helmke R., Strahlenthera pie, 1948, Bd. 77, S. 477.— Idem, Ibid, 1954, v. 94, p. 430. — H i 11 R. F., Rossi H. H.. Radiat. Res., 1954, v. 1, p. 358. — I verson R. M.. Exp. Cell Res., 1958, v. 15, p. 268 -J agger J., Bact. Rev., 1958, v. 22, p. 99. — Johnson F. H., Flagler E. A.. В 1 u m H. F., Proc. Soc. exp. Biol. (N. Y.), 1950, v. 74, p. 32. - Kaufmann В, Ho 1 laender A., Genetics, 1945, v. 30, p. 11. — Keiner A., Proc. nat. Acad. Sc., 1949. v. 35, p. 73. — Keiner A., J. Bact., 1953, v. 65, p. 252. — Latarjet R., Acta radio!.. 1954, v. 41, p. 84. — Norman A., J. cell, and compar. Physiol., 1954, v. 44, p. 1. -Pierce S„ Giese A. C„ J. Cell. comp. Physiol., 1957, v. 49, p. 303. — Rieck A F. Carlson S. D., Ibid., 1955, v. 46, p. 301. —Rupert C. S„ Good gal S. H„ Her riott R. M„ J. gen. Physiol., 1958, v. 41, p. 451. — Sarachek A„ Lücke W. H„ Experientia, 1953, v. 9, p. 374. — Skreb Y„ Errera M„ Exp. Cell Res., 1957, v. 12, p. 649. — S t u у J. H„ Biochim. biophys. Acta, 1956, v. 22, p. 238. —Wels P., Strahlentherapie, 1953, Bd. 90, S. 325. — Zelle M. R., Hollaender А. В кн.: Radiation biology. New York, 1955, v. 2, p. 365.
Поступила 15/111 ¡960 r
-¿r
СОВРЕМЕННЫЕ БАКТЕРИОУЛАВЛИВАТЕЛИ (ПО ДАННЫМ НЕКОТОРЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ)
И. И. Богданов, Н. М. Каморский
Проблема аэрозолей занимает одно из важных мест в биологии и этим, возможно, объясняется то большое внимание, которое уделяется в последнее время в капиталистических странах изучению аэрозолей вообще и бактериальных аэрозолей в частности.
Изучение бактериальных аэрозолей имеет большое практическое значение в связи с возможностью бактериальной загрязненности спе циальных предприятий, проблемой распространения воздушно-капель-ных инфекций, а также в связи с использованием аэрозолей в лечебной и профилактической практике.
Среди многочисленных вопросов по проблеме аэрозолей наибольшее внимание в зарубежных исследованиях уделяется методам изучения бактериальных аэрозолей. Эти методы позволяют оценить инфекци-озность аэрозоля и выживаемость бактерий, находящихся в воздухе, в зависимости от температуры, относительной влажности, ультрафиолетового облучения и других факторов внешней среды.
Достоверность результатов, получаемых при изучении бактериальных аэрозолей, в значительной степени зависит от совершенства приборов — бактериоулавливателей, которые используются для выделения бактериальных частичек из воздушной среды.
Данный обзор посвящен рассмотрению современных бактериоулавливателей, которые в настоящее время нашли практическое применение в лабораторной и промышленной практике в некоторых зарубежных странах.
Все приборы, используемые в США и Англии для отбора проб аэрозолей. можно разделить на жидкостные импинжеры, щелевые приборы, электростатические и термические преципитаторы.
Более широкое применение как в лабораторных, так и в полевых условиях нашли жидкостные импинжеры. В приборах этого типа улавливающей средой является жидкость, через которую проба аэрозоля просасывается принудительно. Впервые жидкостной импинжер был опи-
G Гигиена и санитария. № 3
81
