9.5 Механизмы возникновения мутаций. Мутагенез и канцерогенез.

Генетическая опасность загрязнения окружающей среды мутагенами

Все факторы мутагенеза могут быть разбиты на 3 вида: физические,

химические и биологические.

Среди физических факторов наибольшее значение имеют ионизи-

рующие излучения. Ионизирующие излучения делят на:

электромагнитные (волновые), к ним относят рентген-лучи с длиной

волны от 0, 005 до 2 нм, гамма-лучи и космические лучи;

корпускулярные излучения — бета-частицы (электроны и позитро-

ны), протоны, нейтроны (быстрые и тепловые), альфа-частицы (ядра ато-

мов гелия) и др. Проходя через живое вещество, ионизирующие излучения

выбивают электроны из внешней оболочки атомов и молекул, что ведет к

их химическим превращениям.

Различные животные характеризуются различной чувствительностью

к ионизирующим излучениям, которая колеблется от 700 рентген для че-

ловека до сотен тысяч и миллионов рентген для бактерий и вирусов. Иони-

зирующие излучения вызывают, в первую очередь, изменения в генетиче-

ском аппарате клетки. Показано, что ядро клетки в 100 тыс. раз чувствитель-

нее к радиации, чем цитоплазма. Значительно чувствительнее к радиации не-

зрелые половые клетки (сперматогонии), чем зрелые (сперматозоиды). ДНК

хромосом наиболее чувствительна к действию радиации. Развивающиеся из-

менения выражаются в генных мутациях и перестройках хромосом.

Показано, что частота мутаций зависит от общей дозы радиации и

прямо пропорциональна дозе облучения.

Ионизирующие излучения действуют на генетический аппарат не

только прямо, но и косвенно. Они вызывают радиолиз воды. Возникающие

при этом радикалы (Н⁺, ОН–) оказывают повреждающее действие.

К сильным физическим мутагенам относятся ультрафиолетовые УФ-лучи

81

(длина волны до 400 нм), которые не ионизируют атомы, а только возбуждают

их электронные оболочки. В итоге в клетках развиваются химические реакции,

которые могут приводить к мутации. Частота возникновения мутаций увели-

чивается с увеличением длины волны до 240–280 нм (соответствует спектру

поглощения ДНК). УФ-лучи вызывают генные и хромосомные перестройки,

но в значительно меньшем количестве, чем ионизирующее излучение.

Гораздо более слабым физическим мутагеном является повышенная

температура. Повышение температуры на 10 увеличивает частоту мутации

в 3–5 раз. При этом возникают в основном генные мутации у низших орга-

низмов. На теплокровных животных с постоянной температурой тела и че-

ловека этот фактор не влияет.

Химические мутагены насчитывают множество разнообразных ве-

ществ и их список непрерывно пополняется. Самыми сильными химиче-

скими мутагенами являются:

— Алкилирующие соединения: диметилсульфат; иприт и его произ-

водные — этиленимин, нитрозоалкил-нитрометил, нитрозоэтилмочевина и

др. Иногда эти вещества являются супермутагенами и канцерогенами.

— Вторую группу химических мутагенов составляют аналоги азоти-

стых оснований (5-бромурацил, 5-бромдезоксиуродин, 8-азогуанин, 2-

аминопурин, кофеин и др.).

— Третью группу составляют акридиновые красители (акридин жел-

тый, оранжевый, профлавин).

— Четвертую группу составляют разные по строению вещества: азо-

тистая кислота, гидроксиламин, разные перекиси, уретан, формальдегид.

Химические мутагены могут индуцировать как генные, так и хромо-

сомные мутации. Они вызывают больше генных мутаций, чем ионизи-

рующие излучения и УФ-лучи.

К биологическим мутагенам относят некоторые виды вирусов. Пока-

зано, что большинство вирусов человека, животных и растений индуциру-

ют мутации у дрозофилы. Допускается, что молекулы ДНК-вирусов пред-

ставляют мутагенный элемент. Способность вирусов вызывать мутации

обнаружены у бактерий и актиномицетов.

По-видимому, все мутагены, как физические, так и химические, в

принципе универсальны, т. е. могут вызывать мутации у любых форм жиз-

ни. Для всех известных мутагенов не существует нижнего порога их мута-

генного действия.

Мутации вызывают врожденные уродства и наследственные болезни

человека. Поэтому насущной задачей является ограждение людей от дей-

ствия мутагенов. Огромное значение в этом отношении имело запрещение

испытаний ядерного оружия в атмосфере. Очень важно соблюдать меры

защиты людей от радиации в атомной индустрии, при работе с изотопами,

рентген-лучами. Определенную роль могут сыграть антимутагены – веще-

82

ства, снижающие эффект действия мутагенов (цистеамин, хинакрин, неко-

торые сульфаниламиды, производные пропионовой и галловой кислот).