Отдаленные популяционно-генетические 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 ИЗЛУЧЕНИЯМЛЕКОПИТАЮЩИЕ(в среднем)

E.coli Deinococcus radiodurans

4-6 Гр 30 Гр 3000 Гр, 1 двуцепочечныйразрыв 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

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

Феномен «омоложения» «старых» мышей в Чернобыльской зоне

0

10

20

30

40

1 2 3 4 5The

freq

uenc

y of

diff

eren

t ty

pes

of c

ytog

enet

ic

anom

alie

s (%

)A1

A2

RB

CHA

MI

BIN

LMN

Old mice, control, winter

Young mice, control, winter

Old mice, Chernobyl

Young mice, control, summer

Young mice, Chernobyl

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 иэкспериментальныегруппы

ВозрастМышей

MI BIN LMN

«Юные» контрольныемыши (Kиeв)

2-3 месяца ***6,80,5 4,50,7 **5,20,3

«Юные»экспериментальные мыши(Чернобыль)

2-3 месяцев 5,60,7 *9,01,4 **14,42,4

«Старые» контрольныемыши (Киев)

12-18 месяцев

***3,50,6 7,11,3 *10,51,3

«Старые» экспериментальные мыши(Чернобыль)

12-18 месяцев

*7.0+1.0 *5.0+0.8 *6.0+0.8

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).

ЧеловекВыполнены 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

Data: NEW3.STA 10v * 10c 1 - Контроль (< 5 Ки/км2 )2 - Янов 1996 (~ 200 Ки/км2 )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 рыжей полевки по частотам встречаемости метафаз с хромосомными

аберрациями

Отбор на радиорезистентность у обыкновенной полевки (микроядерный тест) в Чистогаловке (около

300 – 500 Ки/км2)Data: NEW3.STA 10v * 16c

1 - Контроль (<20 Ки/км2)

2 - Чистогаловка 1996 г

3 - Чистогаловка 1999 г

Поглощенные дозы Биологические эффекты Автор Journal

Средне-годовые

мировые дозы - 3.5 mSv

Принятый предел для работающих - не выше 50 mSv/в год

Только 5% из эвакуированных 116,000 людей после Чернобыльской катастрофы получили дозы большие, чем 100 mSv/в год

Эпидемиологические исследования показали, что повышение частот онкологических заболеваний, которую связывают с повышением поглощенной дозы ионизирующего излучения, наблюдается после дозы, превышающей

100 mSv/в год

Masse R. Comptes Rendus de l’Academie des Sciences - Series III. 2000 Jul;323(7):633-40

Средне-мировой уровень (фоновый) ионизирующего излучения

Доза Biological effects Authors Journal

Около

260 mSv в год, Иран

Не обнаружено отличий по частотам встречаемости цитогенетических аномалий в клетках крови людей, живущих в радиоактивной провинции по сравнению с "контрольными" областями. Однако выявлена

повышенная радиорезистентность их клеток крови к гамма-облучению (1.5 Gy) in vitro.

Ghiassi-nejad M et al.

Health Phys. 2002 Jan;82(1):87-93.

Около 7 mSv в год, Китай

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.

Tao Z, Zha Y, Akiba S et al

J Radiat Res (Tokyo). 2000 Oct;41 Suppl:31-41

Около 7-10 mSv в год, Китай

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

Zhang W, Wang C, Chen D et al.

J Radiat Res (Tokyo). 2003 Mar;44(1):69-74

Биологические эффекты высокого уровня ионизирующего облучения в радиоактивных провинциях – Иран, Китай

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 молекулярно-генетическим маркерам 14 животных родительского

поколения (поглощенная доза – около 0,8 грей); 35 – первого поколения, 21 – второго поколения животных, родившихся в

Чернобыле.

1AD1 х AD1 (Уран) = AA 2AD1 D1D1 - -

7AD2 х AD1 (Уран) = 7AA 7AD1 - 7AD2 7D1D2

5D1D2 х AD1 (Уран) = - 5AD1 5D1D1 5AD2 5D1D2

СУММАРНО52 ГЕНОТИПА

8AA 14AD1 6D1D1 12AD2 12D1D2

В ПРОЦЕНТАХ 15% 27% 12% 23% 23%

Генотипы трансферрина у 13-ти коров-матерей Ожидаемые генотипы трансферрина у потомков

Наблюдаемые генотипы трансферрина у потомков

СУММАРНО35 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 Ожидаемые генотипы

Трансферрин

TFаллели

♂А ♂D1

♂AD1

♀ A АА (25%) АD1 (25%)

♀AD2

♀ D2 АD2 (25%) D1D2 (25%)

3D Sequential Graph (NEW.STA 1v*3c)

Плодовитость коров в количестве телят на одну корову в год1 - 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.

Плодовитость коров родительского поколения

Плодовитость коров первого поколения, рожденного в Чернобыльской зоне (F1)

Плодовитость коров поколения внучек (F2)

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.

Группа 1n=8, (1600 метафаз)

Группа 2n=8, (1600 метафаз)

Типыхромосомныхаберраций Частота (%) Частота (%)

Транслокации 0,37 0,10 0,18 0,10Делеции 1,25 0,30 0,68 0,20

Инверсии 0,31 0,10 0,12 0,07Дицентрики 0,06 0,05 0,06 0,05Кольцевыехромосомы

0,12 0,07 0

Инсерции 0,31 0,12 0Парные фрагменты 0,06 0,05 0,18 0,10

Одиночныефрагменты

0,12 0,07 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.