Впервые принципиальную возможность искусственного вызывания мутаций доказал в 1927 г. американский исследователь Герман Джозеф Мёллер (1890—1967), который воздействовал рентгеновскими лучами на дрозофил.
В настоящее время чётко установлено, что все виды ионизирующего облучения являются сильными физическими мутагенами. В лабораторных условиях используются почти исключительно рентгеновские и гамма-лучи. Они лучше, чем потоки заряженных частиц проникают вглубь организма. К физическим мутагенам также относятся ультрафиолетовое облучение и повышенная температура.
Механизм мутагенного действия облучения состоит в следующем. Проходя через цитоплазму или кариоплазму, лучи на своём пути вырывают электроны внешней оболочки атомов и превращают их в положительно заряженные ионы. Высвободившиеся электроны присоединяются к другим атомам, придавая им отрицательный заряд. В результате в клетке и ядре образуется огромное количество высокоактивных химических радикалов. Если они взаимодействуют со структурными белками или ферментами, вызывая изменения их структуры, это на некоторое время приводит к нарушениям функционирования клетки. Если же они взаимодействуют с ДНК, наступают необратимые изменения — мутации. Мутации могут быть связаны как с нарушениями структуры одного нуклеотида, так и сразу множества соседних нуклеотидов. В результате в первом случае при репликации могут возникать генные (точковые) мутации, а во втором — перестройки хромосом. Воздействие ионизирующего облучения чаще всего приводит именно ко второму типу мутаций.
Очень часто действие ионизирующего излучения, особенно заряженных частиц, сравнивают с попаданиями в мишень, которой в данном случае является генетический аппарат клетки. Как не всякая пуля находит свою цель, так и не всякая заряженная частица попадает в ядро. Если это так, то можно предположить, что мутагенный эффект облучения гораздо выше в делящихся тканях, клетки которых имеют относительно более крупные ядра по сравнению с неделящимися клетками. Кроме того, мутагенный эффект излучения больше проявляется при облучении мужских гамет, чем женских.
Мутагенный эффект излучения в делящихся клетках выше ещё и потому, что генные мутации чаще всего возникают в процессе репликации ДНК. Тогда как в стабильных неделящихся клетках многие нарушения структуры нуклеотида (метилирование, аминирование, фосфорилирование азотистых оснований) — это ещё не собственно мутация, а скорее предрасположенность к мутации. Такие изменения структуры нуклеотида резко повышают вероятность неправильной репликации и только нарушения синтеза ДНК приводят к мутации. Не случайно у человека радиация прежде всего поражает клетки эпителиальной ткани (в том числе сперматозоиды, которые постоянно образуются в организме) и некоторые виды соединительной ткани, прежде всего костный мозг, в котором постоянно путём деления клеток предшественников образуются форменные элементы крови. Одним из самых опасных последствий облучения костного мозга является такое заболевание, как лейкоз — злокачественное перерождение кроветворной системы. Очень подвержены действию ионизирующего облучения человеческие эмбрионы.
Именно из-за того, что излучение поражает делящиеся клетки, взрослые насекомые очень устойчивы к его воздействию. На стадии имаго у насекомых полностью прекращается рост и клеточные деления. Поэтому, например, таракан может выдержать облучение в несколько сотен рентген, тогда как для человека критичными являются дозы на уровне 50 рентген. Материал с сайта http://worldof.school
 |
| Рис. 55. Прямолинейная зависимость частоты мутаций от дозы рентгеновского облучения, которую получили подопытные особи дрозофилы |
На свойстве ионизирующего облучения поражать делящиеся клетки основан терапевтический эффект гамма-лучей, с помощью которых убивают раковые клетки, которые находятся в состоянии постоянных делений. Таким образом, тормозится развитие злокачественных опухолей.
Важным свойством физических мутагенов является прямая зависимость между дозой излучения, которую получает организм, и выходом мутаций (рис. 55). Чем выше доза, тем, соответственно, больше мутаций.
Отсюда был сделан вывод: не существует пороговых доз действия ионизирующего облучения, ниже которых оно безвредно, просто при малых дозах уровень мутирования не так заметен. Именно поэтому, если организм пробудет в условиях низкого уровня радиации достаточно длительный период, то накопленный мутагенный эффект может быть не меньше, чем при большой дозе, полученной за очень короткий период времени.
Вопросы по этому материалу:
В чём состоит эффект малых доз облучения?
