Проблемы токсикогенетического контроля состояния проточных водоемов

В настоящее время в результате антро­погенного загрязнения в окружающей среде накоплено большое количество поллютантов. Среди них особую опасность представляют мутагены. Мутагены - факторы физической, химической и биологической природы, спо­собные вызывать нарушения в генетическом аппарате живых организмов. Мутагенное за­грязнение окружающей среды в настоящее время является одной из причин увеличения частоты наследственных болезней, онколо­гических заболеваний, врожденных пороков развития, аллергии, снижения иммунитета и ряда других патологий [4; 13].

Мутагенное действие фактора не огра­ничивается поражением организма, подверг­шегося воздействию, как, например, при ток­сическом воздействии. Мутации в половых клетках передаются потомству и, накаплива­ясь и размножаясь, увеличивают «генетиче­ский груз», т. е. совокупность вредных мута­ций популяции. Следствием может быть вы­рождение и вымирание вида [12].

В связи с этим в генетике возник новый быстро развивающийся раздел «генетическая токсикология», задача которого - изучение воздействия факторов окружающей среды на генетический аппарат человека [3].

Наиболее важным является изучение генотоксической ситуации в природных во­доемах, т. к. воду используют все организмы и потребляют в количествах больших, чем какого-либо другого вещества [6].

Исследования в этой области широко ве­дутся во всем мире. Однако в настоящее вре­мя нет единой научно обоснованной методо­логии исследования воды природных водое­мов на мутагенность [1]. Поэтому результаты противоречивы, данные, полученные разны­ми авторами даже на одном участке водоема, различаются от «генетической опасности» до «генетической безопасности» [6].

Такие противоречия могут быть обуслов­лены отсутствием единых требований к хра­нению и подготовке проб к тестированию.

При длительном хранении проб воды их генотоксический эффект значительно снижается. Для избежания ошибки воду следует тестировать сразу после отбора проб или хранить в замороженном состоянии непродолжительное время. При неправильном и длительном хранении мутагенный эффект будет модифицироваться, что приведет к неправильной характеристике токсикогенетической ситуации [4; 6; 10]. В зависимости от задач и условий эксперимента анализируется или нативная или концентрированная вода. Концентрирование проб производится в случае, если содержание мутагенных соединений в нативной воде слишком мало [4; 5; 6].

Нами проведен сравнительный анализ ряда широко применяемых методов подготовки воды для оценки мутагенного действия: фильтрация с помощью бактериальных фильтров, экстракция эфиром, выпаривание, вакуумная перегонка с целью получения различных фракций, использование ионообменных смол [5]. Мутагенное действие каждой пробы регистрировалось в нескольких тестах: учет ревертантов у гистидин- зависимых штаммов Salmonella thyphimurium (штаммы ТА 1535, ТА 1538, ТА98 и ТА 100), учет частоты доминантных летальных мутаций (ДЛМ) и рецессивных сцепленных с полом летальных мутаций (РСПЛМ) у Drosophyla melanogaster, видимых мутаций (ВМ) у Chlorella vulgaris, хромосомных аберраций (ХА) у Allium cepa [6].

Полученные данные показывают, что при определении мутагенной активности одной и той же пробы с использованием одних и тех же тестов, но при применении разных методов подготовки можно получить сильно различающиеся результаты: от сильного мутагенного эффекта до полного его отсутствия. При этом ни один из используемых методов подготовки не позволяет полностью сохранить содержащиеся в пробе химические соединения.

Понятно, что если подготовка проб ведется разными методами, то сопоставление результатов, полученных разными исследователями, затруднительно.

Другой причиной противоречия могут быть различия в методе исследования. При выборе методов исследования необходимо учитывать следующие требования, предъявляемые к токсикогенетическим тестам:

• высокая чувствительность, чтобы не пропустить потенциальный мутаген, не дать ложноотрицательного ответа;

• специфичность, чтобы регистрировать только истинные мутагены, т. е. не дать ложноположительного ответа;

• способность выявлять все типы мутаций;

• возможностьвыявлять прямые мутагены и промутагены (соединения генетически безопасные, но приобретающие мутагенную активность в процессе метаболизма);

• возможность выявлять как универсальныемутагены,такиспецифические мутагены, активные в ограниченном наборе тест-объектов;

• экономичность, быстрота выполнения, доступность [7].

В настоящее время существует более 200 краткосрочных тестов, регистрирующих генотоксиканты [7; 11]. Однако ни один из этих тестов не отвечает вышеперечисленным требованиям.

Поэтому ложноотрицательный ответ мо­жет быть получен за счет видоспецифичности мутагена. Например, мутаген, вызывающий ХА у Allium cepa, может быть не выявлен в лимфоцитах человека.

Неверное заключение может быть сде­лано за счет того, что фактор вызывает му­тации, которые не регистрируются данным методом. Так, например, если мутаген ин­дуцирует хромосомные аберрации у Allium cepa, он может не вызывать генные мутации у гистидин-зависимых штаммов Salmonella thyphimurium. Таким образом, заключение о генетической опасности фактора в этих двух тестах может быть противоречивым [7; 8; 11].

Ложноотрицательный результат может быть получен, если изучаемый фактор явля­ется промутагеном. Поэтому, чтобы быть уве­ренным в безопасности исследуемого мутаге­на, необходимо протестировать продукты его распада в организме, что сильно увеличивает объем работы.

Таким образом, генотоксическая ситуа­ция в одном и том же водоеме, но оцененная разными методами может не совпадать.

Для того чтобы снизить вероятность ложноотрицательных результатов, исследо­ватели используют системы, включающие несколько методов. Это позволяет в значи­тельной мере избежать перечисленных выше опасностей. Сочетание тестов подбирается в зависимости от задачи исследования, усло­вий и возможностей лаборатории, изучаемо­го фактора и т. д.

Поскольку в лаборатории генетики ЯрГУ им. П.Г. Демидова уже в течение 30 лет ве­дется изучение мутагенного загрязнения во­доемов, проведена сравнительная оценка воз­можности использования именно для этих целей различных токсикогенетических те­стов: частота обратных мутаций у гистидин- зависимых штаммов Salmonella thyphimurium, частота ХА в лимфоцитах периферической крови и фибробластах человека, частота ДЛМ и РСПЛМ у Drosophila melanogaster, частота ХА в растительной меристеме, часто­та аномальных споруляций и ВМ у Chlorella vulgaris, частота ХА в роговице Mus musculus и различных видов рыб [7; 8; 9].

В результате для оценки мутагенного загрязнения воды и донных отложений при­родных водоемов нами разработана система из двух тестов: теста учета ДЛМ у Drosophila melanogaster [2, 5] и ХА в меристеме Allium cepa [14; 15; 16; 17].

Предлагаемая нами система позволяет снизить к минимуму как ложноположитель- ные, так и ложноотрицательные результаты оценки мутагенного потенциала природной воды по следующим причинам.

Включение Drosophila melanogaster как тест-объекта позволяет регистрировать ген­ные, хромосомные и геномные (анеуплоидия) мутации и выявлять как прямые мутагены, так и промутагены, приобретающие мута­генную активность в процессе метаболизма в животном организме.

Тест с использованием Allium cepa по­зволяет регистрировать ХА, индуцированные как прямыми мутагенами, так и промутагена- ми, активирующимися в растительном орга­низме.

Таким образом, предложенная система позволяет регистрировать широкий спектр генетических нарушений:

• генные, хромосомные и геномные му­тации;

• мутации как в соматических, так и в по­ловых клетках;

• выявлять промутагены, приобретаю­щие генетическую активность в результате метаболической активации в растительных организмах;

• выявлять промутагены, приобретаю­щие генетическую активность в результате метаболической активации в животных орга­низмах.

Вместе с тем эта система является крат­косрочной, простой в постановке и экономич­ной.

Особенно следует отметить, что сравне­ние результатов, полученных в разных тестах, не только регистрирует наличие или отсут­ствие мутагенного эффекта, но и позволяет судить о количестве и спектре генотоксикан- тов на различных участках реки.

Таким образом, нами предложена систе­ма мониторинга за генитоксическим состоя­нием проточных водоемов.

Полученные данные могут быть исполь­зованы:

- для определения сложившейся экологи­ческой ситуации в водоеме;

Библиографический список

• токсикогенетической характеристики природных сред;

• определения опасности дополнитель­ного введения генотоксических загрязните­лей в определенный регион;

• определения масштабов природоохран­ных мероприятий.

С использованием этой системы нами проведено изучение генотоксического загряз­нения и составлена карта-схема его простран­ственного распределения для Горьковского и Чебоксарского водохранилищ.

• 1. Жмур Н.С. Токсикологический мониторинг источников загрязнения водных объектов // Токсико­логический вестник. 1999. № 3. С. 7-13.

  2. Изюмов Ю.Г., Литвинова Е.М., Шварцман П.Я. Реализация повреждений, индуцированных эти- ленимином на разных стадиях сперматогенеза, при хранении спермы в семяприемниках интакт- ных самок // Химический мутагенез: Сб. Науч. трудов. Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена, 1974. С.64-70

  3. Инге-Вечтомов С.Г. Экологическая генетика и теория эволюции // Информационный вестник ВО- ГиС. 2009. Т. 13. С. 362-372

  4. Лекявичус Р.К. Химический мутагенез и загрязнение окружающей среды. Вильнюс: Мокалас, 1983.223 с.

  5. Методические указания по экспериментальной оценке суммарной мутагенной активности загряз­нений воздуха и воды. М.: М-во здравоохранения, 1990. 25 с.

  6. Прохорова И.М. Некоторые проблемы токико-генетического контроля за водной средой // Оценка суммарной генетической активности природных и сточных вод. Деп. в ВИНИТИ 24.03.86. № 3297- в86.С. 9-12

  7. Прохорова И.М. Оценка генотоксичности регуляторов роста растений // Экологические аспекты регуляции роста и продуктивности растений. Ярославль, 1991. С. 325-337.

  8. Прохорова И.М., Ковалева М.И. Генотоксический мониторинг экологического состояния верхней Волги // Научные аспекты экологических проблем России. М.: Наука, 2002. С. 355-362.

  9. Прохорова И.М., Фомичева А. Н., Ковалева М.И. и др. Пространственная и временная динамика мутагенной активности воды оз. Неро // Биология внутренних вод. 2008. № 2 (апрель-июнь), 2008. С.17-23.

  10. Соколовский В.В., Журков В.С. Оценка суммарной мутагенной активности факторов окружающей среды // Гигиена и санитария. 1982. № 11. С. 7-11.

  11. Тарасов В.А. Принципы качественной и количественной оценки генетической опасности хими­ческих веществ // Мутагены и канцерогены окружающей среды и наследственность человека. М.: Институт общей генетики РАН, 1994. С. 3-66.

  12. Фомичева А.Н., Прохорова И.М. Мониторинг мутагенного загрязнения малых рек // Водные ре­сурсы. 2005. Т. 32. № 3. С. 347-351.

  13. Шевченко В.А. Радиационная генетика одноклеточных водорослей. М.: Наука, 1979. С. 3-25.

  14. Nielsen M.N., Rank J. Screening of toxicity and genotoxicity in wastwater by use of the Allium test // Hereditas. 1994. V. 121. № 3. P. 249-254.

  15. Osiecka R. The effect of some fungicides on the course of mitosis and induction of chromosomal aber­rations in Vicia faba cells // Bulletin of the Polish academy of sciences. Biological sciences. 1987. V. 35. P. 10-12.

  16. Sharma C.B. Plant meristems as monitors of genetic toxity of environmental chemicals // Current science. 1983. V. 52. № 21. P. 1000-1002.

  17. Turkoglu S. Genotoxicity of five food preservatives tested on root tips of Allium cepa L. // Mutation Re­search/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis. 2007. V. 626. № 1-2. P. 1-3

 Прохорова И.М.¹, Чуйко Г.М.², ФомичеваА.Н. ¹, Ковалева М.И.¹, Солдатова А.А.¹, Халюто Х.М.¹, Блохина Т.И.¹

¹Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова, Ярославль, Россия, geneticayar@mail.ru, ²Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, Борок, Россия

источник http://damba.org/novosti/materialy-k-vi-mezhdunarodnoj-nauchno-prakticheskoj-konferencii-reki-sibiri-krasnoyarsk-2011-god.html