Методы выявления мутагенов - Мутация как экологическая проблема

В нашей стране усилия генетиков своевременно направлены на разработку методов выявления мутагенов окружающей среды, а также генетического мониторинга для постоянного слежения за изменениями в наследственной отягощенности человеческих популяций вредными мутациями.

Подходы к научному обоснованию принципов популяционного мониторинга обсуждаются теперь в различных странах. В СССР разрабатываются методы обнаружения индуцированного мутагенеза человека, предложены уже модели регистрации генных мутаций (Ю. Алтухов, 1976; Н. Дубинин, Ю. Алтухов, 1977; Ю. Алтухов, 1980) и хромосомных аберраций {Н. Бочков, 1977, 1980).

Здесь хотелось отметить, что в отличие от грубых хромосомных повреждений наследственного материала точковые генные мутации, обладающие способностью накапливаться в поколениях, представляют основную трудность для обнаружения в популяциях. Выявление их важно именно потому, что такие мутации будут в значительной мере ответственны за проявления генетического груза в ближайших поколениях.

Определенные перспективы прямой регистрации генных точковых мутаций создает возможность слежения за изменениями в строении редких и мономорфных белков {Н. Дубинин, Ю. Алтухов, 1975). Как показано Ю. Алтуховым, спонтанные мутации приводят к изменению таких белков, и метод улавливает скрытые (в гетерозиготе) вновь возникшие мутации у особей. А это необходимо как для выявления новых мутаций, вызванных загрязнением окружающей среды, так и для оценки изменений темпов мутирования, объема генетического груза, а тем самым и генетических последствий.

Для обсуждаемой темы важно то, что в генетическом мониторинге сами популяции становятся индикаторами состояния окружающей среды. Но ведь можно, пожалуй, и дождаться сведений о наступлении возможных неблагоприятных генетических изменений в результате мутагенного загрязнения среды, если не попытаться выявить действующие и потенциальные мутагены, чтобы исключить или ослабить их воздействие своевременно.

Очевидно, прежде всего, необходимо оценить мутагенность различных загрязнений на высокочувствительных биологических тест-системах, в том числе и тех, которые могут поступить в биосферу, и если риск для человека доказан, то принимать меры для борьбы с ними.

Так возникает задача скрининга -- просеивания загрязнений с целью выявления мутагенов и выработки специального законодательства для регулирования их поступления в окружающую среду. И таким образом, контроль генетических последствий загрязнения в комплексе содержит в себе две задачи: испытание на мутагенность факторов среды различной природы (скрининг) и мониторинг популяций.

Итак, речь идет о возможности предотвращения генетических последствий загрязнения биосферы. Здесь возникает ряд вопросов. Имеются ли уже приемлемые для массового скрининга тест-системы? Что показывают испытания? Как проявляются мутагенные эффекты на тест-системах?

В настоящее время в мире уже имеется большое число квалифицированных лабораторий, в которых проводятся достаточно точные испытания. Только за последнее десятилетие предложено свыше трех десятков тест-систем, часть которых предназначена для выявления точковых (генных) мутаций.

Задача состоит в разработке комплексных тест-систем, которые могли бы давать ответ на вопрос, в каких условиях потенциально мутагенные факторы могут стать действующими -- в зависимости от каких путей попадания в организм и особенностей внутриклеточного обмена веществ (метаболизма), активирующего или, наоборот, подавляющего мутагенный эффект.

Такие комплексные наборы биологических тест-систем для массового скрининга предназначены для выявления всех типов мутационных повреждений хромосом и генов и должны быть чувствительны к малым дозам мутагенов. Ведь последствия суммарного и длительного воздействия низких доз мутагенов создают наибольший вклад в увеличение генетического груза: достаточные для индукции точковых (генных) мутаций, способных накапливаться в поколениях, они к тому же наиболее распространены в окружающей среде.

Теперь применяются различные испытания, позволяющие с помощью соответствующих тест-систем судить о возможности проявления того или иного мутагенного фактора на разных уровнях организации живого -- от микроорганизмов до высших позвоночных и человека, выявлять потенциальные мутагены среды. Это и оценка частоты мутаций, вызываемых испытываемым потенциальным мутагеном у бактерий, грибов, водорослей, высших растений. И оценка мутагенности на тест-системах, имитирующих метаболизм млекопитающего, в которых индикаторными организмами для выявления мутагенов служат бактерии. Такие модели создаются in vivo (прижизненно) в полости тела животных, подвергаемых действию испытываемого мутагенного фактора (метод среды реципиента), и in vitro в бактериальной культуре, в которую добавляют метаболически активные тканевые экстракты, (микросомальные фракции печени грызунов, например).

На этих моделях и выясняется, может ли активироваться и стать мутагенным в организме млекопитающего испытуемый фактор, безвредный, например, для бактерий, или, наоборот, потеряет ли мутаген свою активность в таких условиях. Бактериальные тест-системы в сочетании с метаболической активацией используются как первая проба для оценки возможного эффекта мутагенов в случае попадания их в организм человека, позволяют установить лишь потенциальную мутагенность для человека различных факторов среды.

Применяется и цитогенетическая методика тестирования на культуре ткани растений, животных, лимфоцитах человека. Также и тест с использованием метода доминантных леталей (выявление мутаций, которые вызывают гибель эмбрионов на самых ранних стадиях развития) на млекопитающих, в особенности на мышах. Наконец, используется и прямое тестирование мутаций в клетках млекопитающих и человека как в культуре ткани, так и in vivo.

Результаты таких испытаний на тест-системах важны и для оценки влияния потенциальных мутагенов окружающей среды на организменные формы в экосистемах -- на микроорганизмы, растения, включая лесные породы, на животных. В этом смысле использование в тест-системах организмов различных по уровню организации, имеет самостоятельное значение для решения природоохранных задач, а в комплексе они позволяют качественно оценивать риск мутаций для человека.

Безусловно, тест-системы должны быть достаточно экспрессивными (быстрыми), дешевыми, давать надежные, воспроизводимые результаты. Еще в 1975 году в нашей стране к практическому использованию были допущены в качестве основных -- бактериальная тест-система (с использованием метаболитов тканей млекопитающих) для анализа генных мутаций и цитогенетический тест (на лейкоцитах периферической крови человека) для анализа структурных мутаций хромосом.

Практика показывает, что во многих случаях такая информация может быть достаточной для выявления мутагенов среды и получена быстрее. Для создания комплексных тест-систем (наборов) совершенствуются методы испытаний на клетках млекопитающих в культуре, менее трудоемкие, чем в случае использования самих животных (in vivo), когда требуется оборудовать огромные виварии и создавать все условия для их содержания.

Развиваются и новые варианты тест-систем на основе тонких аналитических методов электрофореза белков, разных по локализации и по функции, позволяющих выявлять генные мутации, как уже говорилось, у человека и высших млекопитающих. Десятки и сотни их можно исследовать в небольшом по объему образце взятой на анализ крови или в тканевом экстракте.

Если мутация произошла, это может быть установлено по изменению структуры исследуемой белковой молекулы, так как каждый из индивидуальных белков находится под контролем по крайней мере одного гена, способного мутировать. Такого рода структурное нарушение (путем замещения или утраты отдельных аминокислотных остатков в полипептидной цепи) удается обнаружить по изменению электрической подвижности исследуемой белковой молекулы, ее активности.[3]

Похожие статьи




Методы выявления мутагенов - Мутация как экологическая проблема

Предыдущая | Следующая