Радіація та мутації у людини

ЗІ СТОРІНОК ДРУКУ

Спадкові ознаки всіх живих організмів є незмінними у часі. Вироблений протягом мільйонів років еволюції досконалий механізм розподілу та дозрівання статевих клітин не застрахований від помилок. Цей механізм помиляється, що призводить до виникнення різноманітних змін у спадкових особливостях нащадків – мутацій. У цьому нащадків може змінюватися число чи будова хромосом, як і тонка структура генів.

Вплив різноманітних факторів навколишнього середовища, включаючи радіацію та ряд хімічних сполук, призводить до збільшення частоти мутацій. У 1927 році американський генетик, згодом - лауреат Нобелівської премії Генріх Меллер вперше показав, що опромінення рентгенівськими променями призводить до суттєвого збільшення частоти мутацій у дрозофіли. Ця робота започаткувала новий напрямок у біології - радіаційній генетиці. Завдяки численним роботам, проведеним за останні десятиліття, ми тепер знаємо, що при попаданні елементарних частинок (γ-кванти, електрони, протони та нейтрони) в ядро відбувається іонізація молекул води, які, у свою чергу, порушують хімічну структуру ДНК. У цих місцях відбуваються розриви ДНК, що призводить до виникнення додаткових, індукованих радіацією мутацій.

Як це не сумно, але використання атомної енергії у військових та мирних цілях призвело до масового опромінення людей. Всім відомі трагедії Хіросіми, Нагасакі та Чорнобиля, коли десятки тисяч людей зазнали впливу іонізуючої радіації. Крім того, у нашому повсякденному житті ми часто стикаємося з радіацією, наприклад, проходячи рентгенологічні обстеження у лікарнях та поліклініках. Виникає природне питання – якігенетичні наслідки впливу радіації на людину?

Перше і до теперішнього часу єдине широкомасштабне вивчення генетичних наслідків впливу радіації на людину було проведено американськими та японськими дослідниками у Хіросімі та Нагасакі. Ці роботи почалися 1946 року, тобто майже відразу після капітуляції Японії. Вибухи атомних бомб у Хіросімі та Нагасакі призвели до одномоментної загибелі десятків тисяч людей і масового опромінення людей, що вижили. На той час ефекти радіації були практично невідомі, тому американський уряд ухвалив рішення щодо проведення всебічного вивчення наслідків вибухів для населення двох міст. Тоді, волею нагоди, в американській армії служив лейтенант медичної служби Джеймс Ніл, який до війни активно займався генетичними дослідженнями на дрозофілі. Йому було доручено наукове керівництво цими роботами, які одразу набули яскраво вираженої генетичної спрямованості.

Слід зазначити, що на той час генетика людини як наука практично не існувала. Вчені навіть не знали, скільки хромосом у ядрі клітини людини. Тому з самого початку було прийнято рішення досліджувати частоту мертвонароджень, смертність, вади розвитку та захворюваність серед нащадків опромінених батьків. Пізніше, у міру розвитку генетики людини, у дітей почали вивчати мінливість хромосом та деяких генів. Зрештою було проведено колосальну роботу з аналізу десятків тисяч нащадків опромінених батьків. Основний результат цих робіт – повна відсутність впливу ефектів радіації на вивчені ознаки. При цьому багато батьків отримали досить високі дози опромінення під час вибухів бомб. При таких дозах генетичні наслідки радіації виявляються у мишей - найближчої до людиниорганізму у радіаційній біології. Чому так вийшло?

Відповідь це питання лежить у самій природі ознак, вивчених у японських дітей. Причина смерті дитини або її схильності до захворювань визначається, грубо кажучи, або впливом несприятливих факторів середовища (наприклад, інфекція), або наявністю певних генетичних ознак, що негативно позначаються на дитині. Якщо говорити про спадкові фактори, то дитина може померти (захворіти) або завдяки несприятливим генетичним ознакам, успадкованим від батьків, або тому, що вона є носієм нової шкідливої мутації. Згідно з сучасними даними, не більше 5 відсотків випадків усієї дитячої смертності пов'язані з мутаціями. Припустимо для простоти, що у Японії до вибухів дитяча смертність становила 1 відсоток, а частота мутацій після вибухів зросла вдвічі. При цьому навіть дворазове збільшення частоти мутацій призвело до дуже незначного збільшення загальної дитячої смертності, яке практично неможливо виявити. Отже вивчення дитячої смертності не дозволяє виявити генетичних наслідків впливу радіації у людини.

Крім смертності та захворюваності, у японських дітей були вивчені деякі аномалії хромосом та мутації у ряді генів. Багато хромосомних мутацій дуже шкідливі для людини, в більшості випадків призводять до загибелі плода (тобто до викиднів), і їх частота дуже низька серед новонароджених. Теоретично, радіація має призводити до суттєвого збільшення частоти хромосомних аномалій у людини, але зрозуміло, що вивчати цей процес треба серед плодів, а не серед новонароджених. Подібні роботи у Японії не проводилися. Що стосується більшості генів, що кодують білки, то частота мутацій серед них дуже низька. Треба дослідити щонайменше100 тисяч дітей, щоб знайти одну мутацію за певним геном. Зрозуміло, якщо після вибухів ця частота навіть сильно змінилася, то виявити це можна, вивчивши не десятки (як це було зроблено в реальності), а сотні тисяч дітей.

Якщо підбити підсумки багаторічних генетичних досліджень у Хіросімі та Нагасакі, то вони невтішні. Було витрачено колосальні кошти, у роботі брали участь сотні американських і японських дослідників, а результаті стало очевидно, що радіаційна генетика людини перебуває у безвиході. Причина - повна відсутність адекватних експериментальних підходів до вивчення генетичних наслідків впливу радіації у людини. Якщо це так, треба шукати нові генетичні підходи.

В середині 80-х років у людини та інших живих організмів було відкрито новий клас послідовностей ДНК, які отримали назву мінісателіти. Вони складаються з відносно коротких фрагментів ДНК, що повторюються, довжиною 10-60 нуклеотидів ("літер", з яких побудована ДНК), зібраних разом подібно до вагонів у поїзді. Мутації в мінісателітах призводять до зміни числа повторів, що дуже нагадує роботу зчеплювача на залізничній станції, що приєднує або від'єднує вагони у складі. Найголовніше - ці мутації відбуваються з неймовірною частотою, яка більш ніж у 1000 разів перевищує таку для нормальних генів. Якщо так, то вивчивши сотню-другу дітей, можна знайти набагато більше мутацій серед мінісателітної ДНК, ніж при аналізі сотень тисяч дітей, досліджених щодо генів, що кодують білки. А якщо частота мутацій в мінісателітах збільшується при дії радіації, то треба проаналізувати пару сотень дітей, народжених від опромінених батьків, щоб виявити зміни в частоті мутацій.

Якщо мінісателітинастільки перспективні для радіаційної генетики, їх треба використовувати. Ми розпочали ці роботи у 1991 році. У них брали участь вчені трьох країн – Укаїни, Великобританії та Білоукраїнсії. Більша їх частина проводилася у Великій Британії, в лабораторії професора Алека Джеффрейза, який відкрив мінісателіти в середині 80-х років. Спочатку ми перевірили, чи впливає радіація на міні-сателітні мутації у лабораторних мишей. Вивчивши всього 150 нащадків опромінених тварин, ми виявили практично дворазове збільшення частоти мутацій у них порівняно з такою у неопромінених мишей. "Всього" означає, що при використанні звичайних генів з низькою частотою мутації, аналогічний результат було отримано на десятках-сотнях тисяч тварин. Якщо так, то, по-перше, мінісателіти є чутливими до радіації, а по-друге, вони дозволяють виявляти ефекти радіації під час аналізу дуже мало нащадків.

Провівши цю роботу, ми звернулися до людини. Зусиллями наших білоукраїнських колег із НДІ радіаційної медицини у Могильові було зібрано зразки крові від сімей, які мешкають на території Могилівської області, яка була сильно забруднена радіоактивними ізотопами внаслідок Чорнобильської катастрофи. Всього ми вивчили 127 дітей, народжених у цьому регіоні після Чорнобиля (це число не йде ні в яке порівняння з десятками тисяч дітей, досліджених у Хіросімі та Нагасакі) і показали, що частота мутацій у них вдвічі вища за таку у нащадків неопромінених батьків. Іншими словами, в результаті цієї роботи були отримані перші експериментальні докази, що радіація здатна змінювати частоту мутацій у людини.

Головне питання – що це означає. Мутації в мінісателітах нейтральні за своєю суттю і не позначаються на життєздатності дітей. Здавалосяб – ну нехай їх частота мутацій зростає хоч у сто разів – все одно це не має жодного впливу на смертність та захворюваність. Це, на жаль, негаразд. Збільшення частоти мутацій серед мінісателітів після Чорнобиля свідчить про те, що радіація вже призвела до генетичних змін серед нащадків опромінених батьків. Іншими словами, процес пішов і, зважаючи на все, він торкнувся не тільки мінісателітів. Використовуючи наші дані, передбачити наслідки змін, що відбулися для здоров'я наступних поколінь, поки не можна. Теоретично, вони мають бути мінімальними. Але вивчати їх треба, вони мають стати предметом серйозного та всебічного дослідження у наступні роки.

Ю. Дубровадоктор біологічних наук, старший науковий співробітник Інституту загальної генетики, науковий співробітник кафедри генетики Лестерського університету