Некоторые закономерности действия редкоИ плотноионизирующего излучения на популяцию chlorella vulgaris Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Ляпунова Е.Р. ©

Аспирант, кафедра биологии ИАТЭ НИЯУ МИФИ

НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ РЕДКО- И ПЛОТНОИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПОПУЛЯЦИЮ CHLORELLA

VULGARIS

Аннотация

В статье представлены данные о закономерностях действия редко- и плотноионизирующих излучений на культуру зеленой одноклеточной водоросли Chlorella vulgaris. Приводятся значения ОБЭ альфа-облучения (239Pu, ЛПЭ = 125 кэВ/мкм) для хлореллы. Впервые обнаружены разные типы инактивации клеток под действием ионизирующих излучений и выявлены эффекты дорастания клеток хлореллы, характеризующие генетическую нестабильность популяции.

Ключевые слова: гамма-излучение, альфа-частицы, хлорелла, ОБЭ, эффект дорастания

Keywords: gamma-irradiation, alpha-particles, chlorella, RBE, delayed effects of colonies formation

Плотноионизирующие излучения, характеризующиеся более высокими значениями линейных потерь энергии (ЛПЭ), более эффективны по многим показателям [1, 2]. Известно, что выжившие после облучения клетки производят часто неполноценное потомство -клеточные клоны с измененной наследственностью, с повышенной смертностью и искажениями жизненно важных функций. Сегодня благодаря развитию экспериментальной и теоретической биофизики [3-9], эффекты дорастания хорошо изучены у различных клеточных линий, но данных по изучению генетической нестабильности после действия ионизирующей радиации на популяции растений представлено очень немного. Поэтому представляло интерес провести сравнительное изучение выживаемости клеток хлореллы, облучаемых в различных стадиях роста гамма-квантами 60Со, линейная потеря энергии (ЛПЭ) = 0,2 кэВ/мкм, и альфа-частицами 239Pu (ЛПЭ = 125 кэВ/мкм). А также изучить эффекты дорастания, определяющие генетическую нестабильность изучаемых клеток. Такие данные могут представить интерес, как с теоретической точки зрения, так и при интерпретации норм радиационной безопасности.

В качестве объекта исследований выбрана одноклеточная зеленая водоросль Chlorella vulgaris, - удобный объект биологического мониторинга состояния природных экологических систем [10]. В качестве среды для культивирования хлореллы выбрана жидкая среда Тамия. Облучение проводили гамма-квантами 60Со на установке «Исследователь» (мощность дозы 28,3 Гр/мин) и альфа-частицами 239Pu (мощность дозы - 25 Гр/мин). Действие излучения оценивали по выживаемости и типам инактивации клеток методом микроколоний. В качестве первичного теста на генетическую нестабильность использовали эффект дорастания клеток. Результаты исследований обрабатывали и оценивали с применением методов вариационной статистики.

На рис. 1 представлены кривые выживаемости клеток хлореллы. Видно, что выживаемость хлореллы, облученной альфа-частицами, ниже, чем клеток, облученных такой же дозой гамма-квантов. Поскольку кривые выживаемости после обоих видов излучения экспоненциальны, значение относительной биологической эффективности (ОБЭ) не зависело от уровня выживаемости, для которого рассчитывалось. В данном случае ОБЭ альфа излучения равна 3.

Следующим этапом исследования было изучение эффекта дорастания клеток. В результате замечено, что клетки облученные дозами 50, 150 Гр полностью формируются к 3-

© Ляпунова Е.Р., 2013 г.

им суткам. Колонии, которые облучены дозами свыше 200 Гр (300 и 450) полностью формируются к 5-ым суткам. Это свидетельствует о том, что чем выше доза, тем «эффект дорастания» больше. На рис. 2 представлены зависимости эффекта дорастания клеток хлореллы от доз гамма- и альфа-облучения после 48 ч инкубирования. Отмечено, что после 48 часов дорастание клеток протекает наиболее интенсивно, следовательно, клеткам необходимо не менее двух дней для активации систем репарации и исправления ошибок. После 72 ч дорастание колоний уменьшается пропорционально времени и минимально после 96 часов, тогда как при действии гамма-излучения появление колоний наблюдалось и после 72 ч. Следовательно, плотноионизирующее излучение продуцирует большее количество повреждений на единицу дозы.

Доза, Гр

Рис. 1. Выживаемость клеток хлореллы после облучения гамма-квантами (кривая 1) и альфа-частицами (кривая 2). По оси абсцисс доза (Гр), по оси ординат - выживаемость (%).

Таким образом, показано, что ОБЭ плотноионизирующего излучения для хлореллы равна 3. При облучении хлореллы альфа-частицами выход клеток, погибающих без деления, с увеличением дозы резко возрастает, и он выше, чем при облучении гамма-квантами. Эффект дорастания клеток, характеризующий генетическую нестабильность проявляется при действии редкоионизирующего, так и при действии плотноионизирующего излучения. При этом дозы, индуцирующие субповреждения в наибольшей степени, для гамма-излучения находятся в диапазоне 50-100 Гр, а для альфа-излучения - 20-50 Гр. Минимальное время, необходимое клеткам для восстановления, одинаково, и составляет около 48 ч. При этом плотноионизирующее излучение вносит больше повреждений на единицу дозы, поэтому клетки, способные восстановиться, дают колонии не позднее 48 часов после облучения.

500

Доза, Гр

Рис.2. Зависимость эффекта дорастания клеток хлореллы от дозы гамма- (кривая 1) и альфа-облучения (кривая 2). По оси абсцисс - доза. По оси ординат - количество колоний, выросших

после 48 ч.

Литература

1. Мазурик В.К., Михайлов В.Ф. - Радиационно-индуцируемая нестабильность генома: феномен, молекулярные механизмы, патогенетическое значение // Радиац. Биол. Радиоэкол. 2001. Т.41. С.272-289.

2. Mothersill C., Crean M., Lyons M. - Expression of delayed toxicity end lethal mutations in the progeny of human cells surviving exposure to radiation end other environmental mutagens // Int. J. Radiat. Biol.

- 1998. - V.74. - P.673-680.

3. Shtarkman I.N., Gudkov S.V., Chernikov A.V., Bruskov V.I. - Effect of amino acids on x-ray-induced hydrogen peroxide and hydroxyl radical formation in water and 8-oxoguanine in DNA // Biochemistry (Moscow). - 2008. - Т.73. - №4. - С. 470-478.

4. Гудков C.B., ^pn О.Э., Гаpмаш C.A. и др. - Образование активных форм кислорода в воде под действием видимого и инфракрасного излучений в полосах поглощения молекулярного кислорода // Биофизика. - 2012. - Т.57. - №1. - С. 5-13.

5. Gudkov S.V., Garmash S.A., Shtarkman I.N., et al. - Long-lived protein radicals induced by x-ray irradiation are the source of reactive oxygen species in aqueous medium//Doklady Biochemistry and Biophysics. - 2010. - Т.430. -С. 1-4.

6. Брусков В.И., Гудков С.В., Чалкин С.Ф. и др. - Автоколебательный процесс люминесценции воды, индуцированный лазерным облучением // Доклады Академии наук. - 2009. - Т.425. - №6.

- С. 827-829.

7. Gudkov S.V., Shtarkman I.N., Smirnova V.S., Chernikov A.V., Bruskov V.I. - Guanosine and inosine as natural antioxidants and radioprotectors for mice exposed to lethal doses of y-radiation // Doklady Biochemistry and Biophysics. - 2006. - Т.407. - №1. - С. 47-50.

8. Асадуллина Н.Р. и др. - Кофеин модифицирует эффекты рентгеновского излучения при воздействии на мышей после облучения, проявляя радиозащитные свойства // ДАН - 2012. -Т.442. - №3. - С. 22-25.

9. Chernikov A.V., Bruskov V.I., Gudkov S.V.- Heat-induced formation of nitrogen oxides in water // J. Biol. Phys. - 2013. - V.39. - P.687-699

10. Соколов М.С., Филипчук О.Д., Цаценко Л.В. - Биогеоценотические критерии экологического нормирования // Сельскохоз. Биол. - 1998. - С.3-24.