X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

Существует множество техногенных источников загрязнения, отравляющих биосферу различными соединениями, которые могут причинить вред живым организмам. Одним из основных воздействий является нарушение целостности генетических структур клеток, так как это ведет к наследственным изменениям, передающимся по наследству. Наиболее ярким показателем такого воздействия считается увеличение количества микроядер в клетке.

Микроядра (МЯ) - это небольшие ДНК-содержащие тельца, существующие в клетке отдельно от основного ядра (ядер) или связанные с ними хроматиновым мостом. Являются патологической структурой и могут наблюдаться в клетках любых тканей. Обычно микроядра образуются в результате неправильного хода клеточного деления или фрагментации ядра в процессе апоптоза.

Аспекты формирования микроядер

Их возникновение часто связывают с такими типами повреждения генома как ацентрические фрагменты хромосом или целые хромосомы, отставшие в анафазе или телофазе митоза от веретена деления и не вошедшие в дочерние ядра. Было показано, что образование микроядра - это не всегда только постмитотическое событие. Например, микроядра могут образовываться в фазе синтеза ДНК из ядерных почек, а также когда клетка избавляется от избытка ДНК (избыточная амплификация, реверсия культур клеток опухоли путем экскреции онкогенов). Таким образом, микроядро - это свидетельство количественных изменений ДНК в живой клетке. Микроядра часто встречаются при различных заболеваниях, и в результате изменения условий существования организма.

Микроядра представляют собой небольшие образования, состоящие из фрагментов хромосом. На стадии телофазы эти фрагменты могут включаться в ядра дочерних клеток или образовывать одиночные или множественные микроядра в цитоплазме. Крупные микроядра формируются при нарушении митотического деления клеток (патологических митозах), что обусловлено отставанием отдельных хромосом в метафазе и в анафазе. Зачастую данный процесс приводит к возникновению клеток с несбалансированной совокупности признаков полного набора хромосом (кариотипом), следовательно, ведёт к развитию мутаций и наследственным изменениям, при которых число хромосом в клетках не кратно основному набору (анеуплоидии). Мелкие микроядра встречаются преимущественно при структурных отклонениях (аберрациях) хромосом. Так же, микроядра могут образовываться вследствие программируемой клеточной смерти (апоптоза) - регулируемого процесса самоликвидации на клеточном уровне, в результате которого клетка фрагментируется на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной. Согласно данным регуляция иммунных процессов тесно связана с феноменом апоптоза клеток, отвечающих за иммунитет, включая макрофаги и лимфоциты. В результате воспаления тканей в организме появляются инфильтраты - клеточные элементы с примесью крови и лимфы, продуцирующие небольшие пептидные информационные молекулы, определяющие выживаемость клеток (цитокины), которые, как ускоряют (индуцируют), так и замедляют (ингибируют) апоптоз. Так же обнаруживаются различные признаки нарушения иммунного ответа организма на внешнее воздействие. Итогом является повышение в организме количества клеток, содержащих микроядра. Поскольку апоптоз, играющий важную роль в воспалительном процессе, проявляется в результате формирования микроядер, то данный признак целесообразно учитывать при диагностике воспалительных заболеваний.

Показатель численности клеток, содержащих микроядра, применяют для ранней диагностики воспалительных заболеваний в качестве дополнительного критерия. Однако образование микроядер так же свидетельствует о наличии повреждений хромосом. Показана прямая зависимость между увеличением числа хромосомных аберраций и активностью процесса митоза. Это объясняется тем, что нарушение митотического деления при воздействии токсических веществ, влиянии физических факторов и под воздействием радиации влечет за собой потерю части генетического материала и морфологически выражается в формировании микроядер. Характер устойчивости клеток по отношению к факторам химической и физической природы предопределен генетически, что объясняет разное количество неизмененных клеток и клеток, содержащих микроядра. Так же при этом были установлены дозы воздействия указанных факторов при которых происходит образование микроядер. Наиболее важными показателями, определяющими степень влияния различных факторов на изменение структурно-функциональных характеристик клеток, считаются: результаты микроядерного теста, хромосомный анализ и уровень митотической активности.

Причины возникновения

Микроядра образуются в процессе клеточных делений из: отстающих ацентрических фрагментов, возникших при разрыве хромосом (так называемый кластогенный эффект); отстающих хромосом (так называемый анеугенный эффект). В основном выделяют три типа нарушения нормального процесса формирования ядра:

Микроядра «стандартного» типа, небольшого размера, хорошо оформлены и находятся близко от основного ядра или на некотором удалении от него, иногда даже на периферии клетки.

Микроядра «основного» типа, не отличающиеся по размеру от основного ядра, зачастую в непосредственной близости друг к другу.

В редких случаях — неоформленный хромосомный материал, который представляет собой расположение хромосом в метафазе митоза.

Механизмы формирования

Микроядра возникают из фрагментов хромосом, которые лишены центромер и поэтому исключаются из клеточных ядер в момент деления клеток. Иными словами, они являются ацентрическими фрагментами, возникшими в результате структурных нарушений хромосом и не попавшими во вновь формирующееся ядро при делении клеток. Кроме того, они могут образовываться из хромосом, оставшихся в анафазе.

Микроядерный тест

Разработку микроядерного теста обычно связывают с именем Шмидта, который был предложен им в 1970 году, хотя этот тест был предложен одновременно в 1970—1973 гг. несколькими группами исследователей. Было показано, что микроядерный тест (МЯ тест) по чувствительности не уступает тесту по изучению хромосомных аберраций в клетках костного мозга животных, являясь одновременно гораздо менее трудоемким.

Микроядерный тест является относительно новым, но уже общепринятым цитогенетическим методом оценки мутагенного действия агентов различной природы. С помощью этого метода проведено тестирование на мутагенную активность большого числа химических, физических и биологических агентов, тест применяется уже на первом этапе проверки потенциальных мутагенов и канцерогенов.

К преимуществам микроядерного теста следует отнести быстроту, независимо от исследования кариотипа вида, нередко содержащего большое число мелких плохо различимых хромосом, надежность, а также то, что тестирование можно проводить в тканях с низкой митотической активностью. Микроядерный анализ проводят в безъядерных эритроцитах, в клетках эмбрионов, в сперматидах, оотидах, что особенно важно при прогнозе возможных последствий для наследственности потомства. В экологической генетике данный тест используется для оценки мутагенного эффекта факторов среды при различных техногенных авариях, экологических катастрофах, связанных с мощными выбросами загрязняющих веществ в окружающую среду, а также при обследовании рабочих, связанных с вредными производствами.

В частности, примером могут служить многолетние исследования последствий радиационного воздействия испытаний на Семипалатинском полигоне, Томского радиоактивного следа, аварии на Чернобыльской АЭС. Проведенные исследования демонстрируют повышенную частоту МЯ в клетках периферической крови и слизистой оболочки рта (букальный эпителий) у лиц, подвергшихся действию радиации. Использование микроядерного теста в экспериментах на животных, в частности, на бурых лягушках в условиях хронического радиационного воздействия в окрестностях Чернобыльской АЭС позволяет рассматривать данный критерий как один из показателей экологических условий среды обитания организмов. Это подтверждают и данные по повышенному уровню цитогенетических повреждений, на основании МЯ теста, в незрелых эритроцитах костного мозга европейской рыжей полевки, природные популяции которой в течение более 20-ти поколений, после Чернобыльской аварии, обитают на радиационно загрязненных территориях. Помимо оценки мутагенного действия ионизирующей радиации МЯ, тест является чувствительным к генотоксическому эффекту ряда химических соединений, которые часто выступают компонентами загрязнения окружающей среды. Так, было показано, что у людей, работающих на производстве хлорфеноксигербицидов, достоверно повышена частота микроядер в клетках эпителиальных и слизистых тканей. Также исследованию МЯ тестом могут подвергаться лекарственные препараты.

Заключение

Формирование микроядер является следствием патологии митотического деления клеток, в процессе которого происходит отставание некоторых хромосом в метафазе и в анафазе. При апоптозе могут встречаться микроядра различного размера, что связано с фрагментацией ядра клетки, подверженной этому процессу.

Микроядерный тест представляет собой высокоинформативный и вместе с тем простой в техническом отношении метод оценки влияния на организм различного рода факторов, таких как ионизирующее излучение, действие лекарственных препаратов, выбросов в атмосферу диоксида серы и других отравляющих веществ

Решение фундаментальных вопросов, касающихся образования микроядер, позволит более точно определить место индуцирующих их процессов в возникновении целого ряда заболеваний, улучшить контроль за качеством медицинских препаратов, при контроле эффективности радиопротекторов, повысить качество экологического мониторинга.

Список литературы

Калаев В.Н., Буторина А.К., Кудрявцева О.Л. Частота встречаемости клеток с микроядрами в плоском эпителии, полученном из соскобов с шейки матки женщин детородного возраста при различных физиологических состояниях, в норме и при воспалении // Естествознание и гуманизм - 2006. - Т. 3. - № 2. - С. 22 -- 23.

Репин М.В., Говорун Р.Д., Лукашова Е., Красавин Е.А., Козубек С. Стабильные и нестабильные хромосомные аберрации в лимфоцитах крови человека in vitro после г-облучения// Радиационная биология. Радиоэкология. - 1996, Т.36, вып. 6. - С. 848 - 851.

Захидов С.Т., Гопко А.В., Семенова М.Л., Михалева Я.Ю., Макаров А.А., Кулибин А.Ю Карнозин как фактор, модифицирующий частоту встречаемости генетически аномальных половых клеток в семенниках ускоренно стареющих мышей SAM // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2002. - Т. 134. - № 7.- С. 89.

Ильинских Н. Н., Ильинских И. Н., Новицкий В. В., Ванчугова Н. Н. «Микроядерный анализ и цитогенетическая нестабильность» Томск, Изд. Томского ун-та 1992 г. 272 с.

Код для цитирования: Скопировать