Віддалені генетичні наслідки впливу радіації на організми.

Abstract

Радіонуклідне забруднення біосфери набуло глобального характеру, досягаючи в окремих регіонах критичних рівнів. Численні дані свідчать про те, що сучасні уявлення радіаційної генетики неспроможні забезпечити прогноз усіх негативних наслідків впливу мутагену на організми. Віддалені генетичні наслідки дії радіації включають багаторівневу систему відповідних реакцій, що перебувають у складних причинно-наслідкових зв’язках, які важко передбачити. Опромінення у високих дозах спричиняє виникнення апоптозу, що призводить до загибелі пошкоджених клітин і компенсаторної проліферації тканини. При опроміненні в низьких дозах генетичні порушення можуть зберігатися і призводити до віддалених наслідків – зростання спадкової мінливості, зниження імунітету й адаптивних можливостей організмів, онкопатології, ослаблення потомства та підвищення їх смертності, пришвидшення старіння, зміни статевої пропорції в популяціях, віддаленої клітинної та ембріональної загибелі, геномної нестабільності, репродуктивної дисфункції, зміни радіочутливості. Пострадіаційна генетична нестабільність виявляється через декілька клітинних поколінь передачею потенційних пошкоджень генетичного матеріалу і може бути індукована завдяки механізму «ефекту свідка». Припускають, що нестабільність геному пов’язана із зниженням ефективності репаративного синтезу ДНК, а також виснаженням антиоксидантного потенціалу клітини. Генотипна і фенотипова варіабельність зростає не лише в результаті дії радіації, але й інших стресових чинників, що дозволяє надати універсальної, загальнобіологічної значущості подібним перебудовам геному. Радіоадаптація може бути зумовлена ініціацією малими дозами опромінення репарації пошкоджень ДНК, що можуть спричиняти репродуктивну загибель клітин. Також радіоадаптація може бути пов’язана з генетично детермінованими процесами, що призводять до репопуляційного заміщення пошкоджених чи загиблих клітин. Рівень виявлених адаптивних реакцій в органах і тканинах опромінених організмів спрямований лише на виживання окремих особин, а не на процвітання популяції в умовах підвищеної радіоактивності середовища існування. Вивчення механізмів, які дозволять зрозуміти мутаційні процеси, що виникають у віддалені строки після опромінення, відкриває нові можливості для розуміння віддалених генетичних наслідків і адаптивних процесів на стресові впливи за дії хімічних чинників. Підкреслено необхідність систематичного проведення генетичного моніторингу на територіях, що зазнали техногенного забруднення мутагенними чинниками за використання чутливих і надійних методів біотестування з врахуванням фенотипових, цитогенетичних і молекулярно-генетичних спадкових змін у низці прийдешніх поколінь.

Radionuclide contamination of the biosphere has acquired a global nature, reaching critical levels in certain regions. Numerous data prove the fact that present-day ideas of radiation genetics cannot provide the prognosis of all negative consequences of mutagen effect on organisms. Distant genetic consequences of the radiation effect include a multi-level system of reactions which are in complicated casual connections and they are difficult to be predicted. High -dose radiation causes apoptosis which leads to the death of damaged cells and a compensatory proliferation of tissues. Genetic disorders can remain at low-dose radiation and result in remote consequences – the increase of hereditary variability, the decrease of immunity and adaptive potential of organisms, pathological oncology, the weakening and increase of offspring mortality, the speeding up of senescence, the change of a sexual proportion in populations, distant cell and embryonic death, genome instability, reproductive dysfunction, the change in radiosensitivity. Post-radiation genetic instability is found out after several cell generations by transferring potential damages of genetic material and can be induced due to the mechanism of «bystander effect». It is assumed that genome instability is connected with the efficiency decrease of reparative DNA synthesis as well as with the exhaustion of an antioxidant potential of cells. Genotype and phenotype variability increases not only as a result of radiation effect but also due to other stress factors, which makes it possible to assume generally biological significance of similar genome reconstruction. Radioadaptation may be due to the initiation by small radiation doses of reparation of DNA damages, causing reproductive cell death. Also, radioadaptation may be associated with genetically determined processes led to repopulation substitution of damaged or dead cells. The level of the found adaptive reactions in organs and tissues of the irradiated organisms is directed to rather the survival of some individuals than to prosperity of the population in conditions of increased radioactivity of their habitat. The study of the mechanisms, helping understand mutation processes which develop in remote terms after radiation, opens new possibilities to realize distant genetic consequences and adaptive processes on stress impacts under the effect of chemical factors. The need for systematic genetic monitoring in the territories experienced technogenic contamination with mutagenic factors was underlined, using sensitive and reliable methods of biotesting, which will allow to take into account phenotypic, cytogenetic and molecular genetic inherited changes in a number of subsequent generations.

Радионуклидное загрязнение биосферы приобрело глобальный характер, достигая в отдельных регионах критических уровней. Многочисленные данные свидетельствуют о том, что современные представления радиационной генетики не могут обеспечить прогноз всех негативных последствий влияния мутагена на организмы. Отдаленные генетические последствия воздействия радиации включают многоуровневую систему ответных реакций, находящихся в сложных, трудно предсказуемых причинно-следственных связях. Облучение в высоких дозах вызывает включение апоптоза, что приводит к гибели поврежденных клеток и компенсаторной пролиферации ткани. При облучении в низких дозах генетические нарушения могут сохраняться и приводить к отдаленным последствиям – увеличению наследственной изменчивости, снижению иммунитета и адаптивных возможностей организмов, онкопатологии, ослаблению потомства и повышению его смертности, ускорению старения, изменению половой пропорции в популяциях, отдаленной клеточной и эмбриональной гибели, геномной нестабильности, репродуктивной дисфункции, изменению радиочувствительности. Пострадиационная генетическая нестабильность проявляется через несколько клеточных поколений передачей потенциальных повреждений генетического материала и может быть индуцирована благодаря механизму «эффекта свидетеля». Предполагают, что нестабильность генома связана со снижением эффективности репаративного синтеза ДНК, а также истощением антиоксидантного потенциала клетки. Генотипическая и фенотипическая вариабельность возрастает не только вследствие воздействия радиации, но и других стрессовых факторов, что позволяет придать универсальную, общебиологическую значимость подобным перестройкам генома. Радиоадаптация может быть обусловлена инициацией малыми дозами облучения репарации повреждений ДНК, которые могут вызывать репродуктивную гибель клеток. Также радиоадаптация может быть связана с генетически детерминированными процессами, которые приводят к репопуляционному замещению поврежденных или погибших клеток. Уровень выявленных адаптивных реакций в органах и тканях облученных организмов направлен только на выживание отдельных особей, а не на процветание популяции в условиях повышенной радиоактивности среды обитания. Изучение механизмов, которые позволят понять мутационные процессы, возникающие в отдаленные сроки после облучения, открывает новые возможности для понимания отдаленных генетических последствий и адаптивных процессов на стрессовые воздействия при действии химических факторов. Подчеркнута необходимость систематического проведения генетического мониторинга на территориях, подвергающихся техногенному загрязнению мутагенными факторами, с использованием чувствительных и надежных методов биотестирования, которые позволят учитывать фенотипические, цитогенетические и молекулярно-генетические наследственные изменения в ряду последующих поколений.