Генетические последствия загрязнения окружающей среды и защита животных от мутагенов
Последние десятилетия характеризуются интенсификацией производственных процессов в промышленном и сельском хозяйстве. В результате этого в окружающей среде — воздухе, почве, воде — накапливаются огромные количества веществ, часть из которых обладает мутагенной и тератогенной активностью. Среди них особое значение имеют химические мутагены — ДДТ, гексахлорбензол и другие пестициды из класса хлорированных углеводородов, которые способны накапливаться в живых организмах. В районах интенсивного сельского хозяйства источником мутагенов являются нитраты.
Перевод животноводства на промышленные технологии в нашей стране сопровождался концентрацией поголовья животных на ограниченных территориях ферм и комплексов, что вызывает повышение концентрации микрофлоры, в том числе возбудителей различных болезней.
Вирусы, непосредственно внедряясь своим генетическим аппаратом в геном клеток животных или через свои биологические субстраты, обладающие антигенными свойствами, могут стать сильным фактором индуцированного мутагенеза. Для профилактики и лечения бактериальных и вирусных инфекций, инвазий используют инактивированные, а также живые вакцины, сыворотки, широкий арсенал синтезированных фармакологических средств, что, безусловно, дает положительный эффект. Однако следует оценивать и побочные результаты ветеринарной терапии,
что может проявляться в повышении частоты нарушений хромосом и ДНК в половых и соматических клетках самих животных, изменениях программы развития их эмбрионов.'
Вместо повышения жизнеспособности из-за такого рода мутаций будут происходить ослабление резистентности, снижение продуктивности животных и т. д.
Особенно серьезную опасность представляют химические загрязнения среды разведения животных. Если всего три десятилетия назад основным удобрением полей был перегнивший навоз, то сейчас в основном используют химические удобрения. Это приводит к концентрации в кормах нитритов и нитратов, вредное действие которых на организм известно. Второй фактор — борьба с вредителями полей, садов и огородов. Она основана также на применении химических соединений — пестицидов, которые обладают очень сильными мутагенными свойствами. Отмечается, что большинство пестицидов устойчивы к химическому и биологическому разложению и имеют высокий уровень токсичности. Перечень вредных химических веществ, с которыми контактируют животные, огромен.
В этой связи важное значение имеет экологический мониторинг среды разведения животных, предусматривающий определение характера и уровня химических веществ в почве, воде, кормах и теле животных. Необходимо создание экологических карт хозяйств и регионов, на которые наносится соответствующая информация.
Авария на Чернобыльской АЭС привела к радиоактивному загрязнению огромных территорий РФ, Украины и Белоруссии. Возникла глобальная проблема оценки генетических последствий этой катастрофы на различные биологические объекты, в том числе сельскохозяйственных животных.
Нами проведен анализ хромосом у коров швицкой породы в совхозе «Труд» Клинцовского района Брянской области. Хозяйство относится к зоне сильного загрязнения окружающей среды радионуклидами. В исследованных метафазах обнаружено 38,94 % аберраций. Соотношение разных типов аберраций было следующим:
Аберрации хромосомного типа, % | 63,96 |
В том числе парные фрагменты | 31,54 |
ацентрические кольца | 9,90 |
кольцевые хромоеомы | 19,81 |
дицентрические хромосомы | 2,71 |
Аберрации хроматидного типа, % | 36,04 |
В том числе одиночные фрагменты | 7,25 |
межхромосомные обмены | 23,42 |
межхроматидные обмены | 5,37 |
Радионуклиды, как отмечено выше, сами по себе являются мощным фактором индукции мутаций, прежде всего повреждая целостность хромосом и вызывая аберрации.
Но оказалось, что они при взаимодействии с химическими мутагенами способны усугублять ситуацию. Во НИИ ветеринарной генетики и селекции (НИИВГиС) проводятся комплексные исследования по эколого-ветеринарной генетике. Это раздел ветеринарной генетики, изучающий влияние различных экологических факторов на наследственность животных, устойчивость к заболеваниям, сопряженную эволюцию микро- и макроорганизмов, генетическую обусловленность накапливать или выводить из организма вредные вещества, генетически детерминированные реакции животных на лекарственные препараты и т. д. Одна из задач эколого-ветеринарной генетики — селекция животных на устойчивость к вредным физическим, химическим и биологическим факторам. Сотрудники НИИВГиС установили негативное влияние радиации и химических загрязняющих веществ на хромосомную нестабильность, иммунный ответ к некоторым антигенам, гормональный статус и накопление химических элементов в тканях крупного рогатого скота. Проводится цитогенетический, иммуногенетичес-кий, иммунологический, химический и биохимический монито-ринги популяций сельскохозяйственных животных в экологически чистых и загрязненных районах Западной Сибири.
Неблагоприятная экологическая среда, характеризующаяся возрастанием уровня ионизирующей радиации, интенсивным ультрафиолетовым излучением и особенно действием токсических химических соединений, которыми сейчас в ряде регионов перенасыщены воздух, вода, почва и растения, повышенная контактность животных с ретровирусами приводят к снижению уровня иммунитета и увеличению нестабильности генетического аппарата животных. Это может проявляться в форме образования мобильных генетических элементов, способных к трансформации в вирусы иммунодефицита — СПИДа у человека и аналогичные им у животных.
Ученые подчеркивают, что проблема СПИДа (и родственных ему заболеваний, вызываемых ретровирусами — автономными генами, которые во многом сходны с вирусом иммунодефицита у человека) — это совершенно новая биологическая ситуация, с которой начинается широкое распространение приобретенной генетической патологии. При этом резкое ухудшение экологической ситуации можно считать ведущей причиной того, что именно во второй половине XX в. стали выходить из-под контроля процессы образования подвижных генов.
Методы эколого-генетячесжого мониторинга в животноводстве. Увеличение частоты ранее известных или появление новых мутаций в последующих поколениях животных — показатель возрастающего действия мутагенов среды. В условиях конкретной экологической среды разведения животных важное значение имеет определение мутагенной активности как отдельных факторов, так и всего их комплекса. Здесь речь может идти о генетической активности лекарственных препаратов, применении нетрадиционных кормовых добавок, гормональных обработок животных. Главное внимание, очевидно, должно уделяться анализу влияния на стабильность генома того или иного уровня загрязнения окружающей среды.
В настоящее время рекомендуется использовать следующие тесты генетической активности веществ: 1) генные мутации; 2) хромосомные аберрации; 3) обмены между сестринскими хроматидами; 4) микроядерный тест и др.
Для оценки частоты новых и старых возникших ранее (генетический груз) мутаций рекомендуется использовать цитогенети-ческий метод, анализ мономорфных систем белков, учитывать частоту врожденных аномалий, спонтанных абортов и мертво-рождений, соотношение полов в потомстве животных. Образование хромосомной аберрации или необычного типа белка, которых не было у родственных животных, служит доказательством вновь образовавшейся мутации.
Анализ частоты сестринских хроматидных обменов в лимфоцитах крови дает возможность установить наличие генетической активности при воздействии на организм того или иного химического агента. Этот метод в 1972 г. предложили А. Ф. Захаров и Н. А. Еголина. Сущность его состоит в том, что в культивируемые in vitro лимфоциты, стимулированные для прохождения митозов фитогемагглютинином, вводят аналог тимидина 5-бромдезокси-уридин (БДУ). В зависимости от времени его добавки в среду (первый или второй клеточный цикл) он включается в одну или обе сестринские хроматиды. При соответствующей обработке препаратов и использовании красителя Гимзы под микроскопом можно видеть хромосомы с одной окрашенной (БДУ включился) и с другой неокрашенной хроматидами. В отдельных хромосомах наблюдают дифференциальную окраску хроматид — чередование темных и светлых участков. Это значит, что произошли изменения, т. е. обмены между сестринскими хроматидами (СХО). Высокая частота СХО свидетельствует о мутагенном действии изучаемого вещества, с которым контактировали клетки крови.
Этот метод дополняют анализом частоты разрывов хромосом, других аберраций, полученных от тех же животных, но лучше при сплошной окраске.
В последнее время предложен еще один чувствительный метод выявления мутагенности факторов среды — так называемый микроядерный тест. Дело в том, что дополнительные маленькие ядра (микроядра) на окрашенных мазках крови образуются за счет целых хромосом или их фрагментов, которые при делении не включаются в основное ядро из-за повреждений. Наблюдается возрастание числа микроядер в эритроцитах млекопитающих при воздействии мутагенов. Для этих же целей адекватные результаты может дать анализ частоты нерасхождений хромосом в клетках костного мозга на стадии анафазы.
Возрастание частоты злокачественных новообразований, в том числе и лейкозов у человека и животных, ученые обоснованно связывают с загрязнением окружающей среды. Установлено, что многие мутагены одновременно являются и канцерогенами — факторами, ведущими к злокачественной трансформации клеток. Следовательно, распространение в среде разведения животных генетически активных агентов может приводить не только к повышению частоты мутаций, но и к возрастанию частоты злокачественных новообразований.
Эта проблема в ветеринарии — одна из актуальных и очень непроста для решения. Исследования ученых показали существование РНК-содержащих или ретровирусов, способных при инфекции встраиваться в геном клеток животных и нарушать их генетическую программу. С другой стороны, в нормальных клетках млекопитающих признано существование участков ДНК, сходных по строению с РНК ретровирусов. Это так называемые протоонкогены, принимающие участие в контроле клеточного цикла. Последние, как полагают ученые, превращаются в онкогены, что приводит к нарушению их экспрессии и развитию ракового процесса. Толчком этого события могут быть вирусные инфекции, действие на организм физических и химических мутагенов.
Генетическая резистентность организмов при этом имеет значение. Одни животные остаются только инфицированными рет-ровирусами, что обнаруживают по реакции иммунодиффузии или с помощью ДНК-зондирования, у других вскоре развивается лейкоз или другая форма рака. Для выявления устойчивости животных к лейкозам важное значение имеет оценка стабильности генома. Одними из таких критериев могут быть частота полиплоидии, разрывов хромосом, изменчивость хромоцентров. По нашим данным, последний показатель у крупного рогатого скота, предрасположенного к лейкозу, достоверно отличается от нормы.
- Лекция-1
- Глава 1 предмет, методы и значение генетики
- Лекция-2
- Цитологические
- Основы наследственности.
- План: Роль ядра и цитоплазмы в наследственности
- Роль ядра и цитоплазмы в наследственности
- Морфологическое строение хромосом
- Лекция-3 кариотип и его видовые особенности
- 1. Диплоидные наборы хромосом у сельскохозяйственных и некоторых видов домашних, прирученных и лабораторных животных
- Гаметогенез и мейоз
- Лекция-4 закономерности наследования признаков при половом размножении
- Особенности гибридологического метода менделя
- Закон единообразия гибридов первого поколения
- Закон расщепления
- Лекция-5 аллели. Множественный аллелизм
- Анализирующее скрещивание. Правило чистоты гамет
- Отклонения от ожидаемого расщепления, связанные с характером доминирования признака и летальными генами
- Лекция-6 закон независимого наследования признаков.
- 2. Вывод формулы расщепления по генотипу при дигибридном
- Полигибридное скрещивание
- 3. Количество фенотипов и генотипов в f2 при скрещивании родителей,
- Лекция-7 хромосомная теория наследственности
- Полное сцепление
- Неполное сцепление
- Лекция-8 соматический (митотический) кроссинговер.
- Карты хромосом
- Лекция-9 генетика пола.
- 5. Зависимость пола дрозофилы от отношения числа х-хромосом к числу наборов аутосом (Бриджес, 1932)
- 6. Нарушения в системе половых хромосом и их фенотипическое проявление
- Наследование признаков, ограниченных полом
- Проблема регуляции пола
- Лекция-11 молекулярные основы наследственности.
- Доказательства роли днк в наследственности
- Биологическая роль нуклеиновых кислот
- Химический состав и структура нуклеиновых кислот.
- Генетический код
- Лекция-13 генетика микроорганизмов.
- Строение и размножение бактерий
- Строение и размножение вирусов
- Взаимодействие фага с бактериальной клеткой
- Понятие о генотипе и фенотипе микроорганизмов
- Конъюгация
- Трансдукция
- Трансформация
- Лекция-14
- Генная инженерия
- Клеточная инженерия
- Гибридомная технология получения моноклональных антител
- Лекция-15 эмбриогенетическая инженерия.
- Клонирование эмбрионов млекопитающих
- Химерные животные
- Трансгенные животные
- Лекция-30
- Изменчивость и методы ее изучения
- Виды изменчивости
- Методы изучения изменчивости
- Вариационный ряд и его построение
- 9. Распределение сухостойных хорош черно-пестрой породы
- Статистические показатели для характеристики совокупности
- 10. Определение основных статистических величин способом
- Вычисление статистических показателей для малых выборок
- 12. Статистические показатели суммарного эффекта фагоцитоза
- Оценка достоверности разности между средними арифметическими двух выборочных совокупностей
- Типы распределения
- Пуассона
- Критерий хи-квадрат (х2)
- 16. Соответствие фактического распределения семейств теоретически ожидаемому (биномиальному)
- 18. Стандартные значения критерия %
- Изучение связи между признаками
- 20. Определение г для малых выборок
- Дисперсионный анализ
- Лекция-16 мутационная изменчивость.
- Классификация мутаций
- Хромосомные мутации
- Механизм образования числовых и структурных аномалий кариотипа
- Генные мутации
- Лекция-17 индуцированный мутагенез.
- Генетические последствия загрязнения окружающей среды и защита животных от мутагенов
- Антимутагены
- Лекция-18
- Раскрытие сложной структуры гена
- Влияние генов на развитие признаков
- Дифференциальная активность генов на разных этапах онтогенеза
- Взаимодействие ядра и цитоплазмы в развитии
- Регуляция синтеза иРнк и белка
- Влияние среды на развитие признаков
- Генетика популяций
- Популяция и «чистая линия»
- Структура свободно размножающейся популяции. Закон харди - вайнберга
- Основные факторы генетической эволюции в популяциях
- Влияние инбридинга на выщепление рецессивных летальных и полулетальных генов
- 31. Формы уродств в потомстве быка Бурхана 6083
- Генетический груз в популяциях животных
- Генетическая адаптация и генетический гомеостаз популяций
- Генетические основы гетерозиса
- Лекция-20
- Глава 13 группы крови и биохимический полиморфизм
- 32. Системы генетических групп крови
- Наследование групп крови
- 33. Уточнение отцовства по группам крови
- Биохимический полиморфизм
- 34. Некоторые биохимические полиморфные системы
- Лекция-18
- Генетические основы иммунитета
- Структура иммуноглобулинов
- Генетика иммуноглобулинов
- Лекция-19 генетический контроль иммунного ответа
- Главный комплекс гистосовмести мости (мнс)
- Связь мне и других антигенов гистосовместимости с болезнями
- 38. Взаимосвязь аллелей комплекса в с заболеваемостью кур md, % (по Hansen и др.)
- Первичные (врожденные) дефекты иммунной системы
- Лекция-24
- Генетические аномалии у сельскохозяйственных животных
- Генетические аномалии
- Наследственно-средовые аномалии
- Генетический анализ в изучении этиологии врожденных аномалий
- Простой аутосомный рецессивный тип наследования
- Лекция-25 аутосомный доминантный тип наследования
- Сцепленный с х-хромосомой тип наследования
- 42. Сцепленный с х-хромосомой тип наследования
- Мультифакториальное наследование
- Аномалии у сельскохозяйственных животных, обусловленные мутациями генов
- 43. Список генетически обусловленных аномалий у крупного рогатого скота
- 46. Список генетически обусловленных аномалий у овец
- 47. Наследственные дефекты, встречающиеся
- Распространение аномалий хромосом в популяциях животных
- Числовые и структурные мутации кариотипа и фенотипические аномалии животных
- 48. Типы центрических слияний (транслокаций)
- 50. Продолжительность сервис-периода
- 52. Срввнение снижения воспроизводительной способности
- 54. Хромосомные аберрации в разных линиях кур (по Блому, 1974)
- Лекция-26
- Глава 16 болезни с наследственной предрасположенностью
- Генетическая устойчивость и восприимчивость к бактериальным болезням
- Генетическая устойчивость и восприимчивость к гельминтозам
- Генетическая устойчивость и восприимчивость к протозоозам
- Генетическая устойчивость и восприимчивость к клещам
- Генетическая обусловленность респираторных болезней
- Лекция-27 генетическая обусловленность болезней желудочно-кишечного тракта
- Болезни обмена веществ
- Роль наследственности в предрасположенности животных к болезням конечностей
- 74. Чвстотв болезней и деформация копыт у коров различного происхождения, % (по Косолвпикову)
- Роль наследственности в предрасположенности к бесплодию
- Роль наследственности в предрасположенности к стрессу
- Влияние факторов среды на устойчивость к болезням
- Лекция-28
- Учет врожденных аномалий и болезней. Методы генетического анализа
- Повышение наследственной устойчивости животных к болезням
- Оценка генофонда пород
- Наследуемость и повторяемость устойчивости к заболеваниям
- 80. Коэффициент наследуемости устойчивости (%) к некоторым болезням
- Массовый отбор на резистентность
- Комплексная оценка генофонда семейств, линий и потомства производителей
- Лекция-29 показатели отбора при селекции на устойчивость к болезням
- Селекция животных на устойчивость к болезням
- Непрямая селекция на резистентность
- Импульсно-циклический способ разведения по линиям
- Мероприятия по повышению устойчивости к болезням
- Словарь терминов
- Глава 2. Цитологические осоты наследственности. А. И. Жмгачев 9
- Глава 4. Хромосомная теория наследственности. Г. А. Назарова 51
- Глава 6. Молекулярные основы наследственности. Г. А. Назарова .... 74
- Глава 7. Генетика микроорганизмов. Г. А. Назарова 91
- Глава 8. Биотехнология. Г. А. Назарова, в. Л. Петухов 103
- Глава 11. Генетические основы онтогенеза. Г. А. Назарова 178
- Глава 12. Генетика популяций. А. И. Жнгачев 196
- Глава 14. Генетические основы иммунитета. В. Л. Лопухов 228