Мутагенное загрязнение.

Под загрязнением окружающей среды понимают поступление в биосферу любых твердых, жидких и газообразных веществ или видов энергии (звука, теплоты, радиации и т.п.) в количествах, оказывающих вредное влияние на человека, животных, растения, как непосредственно, так и косвенным путем.

Источники загрязнения разнообразны; многочисленны также виды отходов и характер их воздействия на компоненты биосферы. Она загрязняется твердыми отходами, газовыми выбросами, сточными водами металлургических, металлообрабатывающих и машиностроительных.

Среди загрязнителей среды, окружающей человека, имеется целый ряд факторов, которые способны проникать в клетки и изменять их генетическую программу. Такие факторы называются мутагенами.

Мутагены - это факторы физической, химической и биологической природы, повреждающие наследственные структуры любых живых организмов от бактерий до высших позвоночных, в том числе и человека. В клетках мутагены могут вызывать грубые повреждения хромосом (абберации) или тонкие мономолекулярные реакции с возникновением генных (точковых) мутаций. Мутагенами могут быть радиация, химические вещества и биологические факторы. В окружающей среде есть также вещества, которые сами не являются мутагенами, а усиливают их действие. Имеется также группа промутагенов – нетоксичных веществ, приобретающих мутагенность при обмене в растительных и животных организмах.

Все мутагенные факторы подразделяются на естественные и искусственные. Естественные являются природными факторами, играющими основную роль в изменчивости организмов в процессе эволюции. Они существуют и теперь, но благодаря деятельности человека концентрации многих из них стали значительно выше. Что приводит к увеличению влияния на изменчивость наследственного материала. Искусственные мутагенные факторы (ксенобиотики) - это новые факторы, результат научной и хозяйственной деятельности человека.

Как естественные, так и искусственные мутагенные факторы по своей природе могут быть физическими, химическими и биологическими.

Источниками мутагенных факторов называют те стороны или области деятельности человека или отдельные природные ресурсы, которые их содержат. Они могут быть общими (глобальными) или функционирующими только в определенной местности (локальными).

В настоящее время мутагены содержатся во всех природных средах: атмосферном воздухе, воде, почве. Наиболее опасным и значительным является мутагенное загрязнение гидросферы, поскольку, во–первых, большинство загрязняющих веществ атмосферы и литосферы в результате круговорота веществ оказывается именно в гидросфере, во–вторых, ни одно живое существо не может обходиться без воды.

Основные источники мутагенных факторов и возможные пути их действия представлены на рис.1. Каждый источник заключает в себе десятки и сотни известных мутагенов.

На наследственность популяций растений, животных и человека прямым путем действует естественная и искусственная радиация, естественные химические мутагены, средства химизации сельского хозяйства (пестициды и минеральные удобрения), промышленная химия, детергенты, отходы транспорта и другие всевозможные загрязнители воздуха и воды. Имеются мутагенные факторы, характерные только для человека. Это радиологические процедуры, ультрафиолетовое облучение, почти все противоопухолевые соединения, многие лекарственные препараты, ряд пищевых добавок, промышленная загрязненность на производстве, бытовая химия, курение и др.

		Немутагенные факторы, модифицирующие действие мутагенов

Рис. 1. Основные источники мутагенных факторов и возможные пути их действия на генофонды человека и животных.

Таким образом, и в отношении количества мутагенных источников, и самих мутагенных факторов, которые действуют на генетическую информация, человечество находится в худшем положении, чем все другие живые организмы. Однако это не говорит о меньшей опасности загрязнения для генофондов дикой природы. Известны факты, когда в результате накопления высоких концентраций мутагенов в некоторых районах Земли катастрофически снизилась численность многих видов животных, а некоторые популяции совсем исчезли, необратимо нарушился генетических баланс некоторых экосистем суши и воды.

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ МУТАГЕНЕЗА

Существует несколько групп физических мутагенов:

· Ионизирующее излучение (рентгеновские лучи; a, b, g-излучение; магнитное поле). Пороговая доза при действии радиации отсутствует, и даже самые небольшие дозы повышают вероятность возникновения мутаций в популяции. Предполагается, что ионизирующие излучения могут действовать на наследственные структуры клеточного ядра двумя путями: непосредственно, ионизируя и возбуждая атомы и молекулы ДНК и белков, и через воздействие на них ионизированных молекул воды. Ионизирующие излучения наносят вред здоровью человека, повреждая его генетический аппарат, они поражают молекулу ДНК, индуцируя в ней структурные изменения и замены оснований, разрывы обеих нитей молекулы, однонитевые разрывы и другие повреждения.

· Ультрафиолетовые лучи. Вызывают точковые мутации, хромосомные перестройки, причем оказывают влияние не только на генетический материал, но и на ферментные системы, отвечающие за его функционирование. Исследование действия УФ на мутационный процесс у бактерий показало, что облучение даже не самого объекта, а лишь среды, на которой развиваются клетки, может индуцировать мутации. В отличие от рентгеновских УФ-лучи не обладают достаточной энергией для индукции ионизации атомов. Однако они поглощаются входящими в состав ДНК пуринами и пиримидинами, переводя их в возбужденное состояние. Ультрафиолетовые лучи обладают малой проникающей способностью: не могут проникать через ткани животных, окружающие гонады, неэффективно и ультрафиолетовое облучение семян. Тем не менее, УФ-лучи довольно сильный физический мутаген, особенно для одноклеточных организмов.

· Слабые факторы – изменение температуры, рН среды, парциальное давление газов и др. Имеют менее выраженный негативный эффект, но влияют на активность других факторов мутагенеза.

Развитие технологий, приводящее к новым физическим воздействиям на окружающую среду - действие ультразвука, токов высокой частоты, переменного магнитного поля и т.д. - требует постоянного генетико-токсикологического контроля для своевременного выявления и предотвращения генетических последствий действия этих факторов. Распределение энергии от источников радиации неравномерно, В результате взрыва ядерных боеприпасов и реактивов имеются районы, где среда загрязнена высокими концентрациями радионуклидов. Известно, что растения способны концентрировать изотопы через корневую систему (W, Мn, Sr и др.).

2. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ МУТАГЕНЕЗА

В окружающей среде содержатся биологические факторы мутагенеза.

Хромосомные разрывы - признак мутагенности среды - могут индуцировать вирусы, вызывающие оспу, корь, ветряную оспу и др. Вирусы могут также усиливать темп мутаций клеток хозяина за счет подавления репарационных систем.

Особое место в этой проблеме занимают живые вакцины. Благодаря применению живых вакцин в сочетании с другими лечебно-профилакти-ческими мероприятиями достигнуты огромные успехи в борьбе с опасными инфекциями. При этом возникает реальная опасность индукции мутаций у вакцинируемых. Непатогенные вирусы, всегда присутствующие в клетках, создают поток чужеродной ДНК, который постоянно воздействует на клетку хозяина (доказана мутагенная активность чужеродной ДНК).

Различные токсины биологической природы могут давать мутагенный эффект. В этом отношении различные простейшие, гельминты и пр., паразитирующие у миллионов людей, могут, вводя токсические продукты своей жизнедеятельности в человека, существенно изменять его метаболические процессы и этим модифицировать мутагенез.

3. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ МУТАГЕНЕЗА

В настоящее время известно огромное количество мутагенов, принадлежащих к весьма разнообразным классам химических соединений.

Несмотря на то, что в окружающей среде населенных пунктов в настоящее время присутствуют сотни различных химических веществ, эффективные действия по обеспечению химической безопасности в нашей стране проводятся в отношении ограниченного количества приоритетных веществ. К критериям приоритетности относятся: высокая токсичность вещества, способность к накоплению в трофических цепях, устойчивость в окружающей среде: канцерогенность, мутагенность вещества.

Большинство химических мутагенов обладают универсальным действием у животных, растений, микроорганизмов и вирусов. Химические мутагены, отличающиеся по своей структуре и реакционной способности, вызывают разные первичные повреждения ДНК, которые по – разному влияют на химию и биологию клетки.

В соответствии с принципами механизма действия химических мутагенов их делят на несколько основных классов:

1. Алкилирующие соединения. Алкилирующие соединения представляют собой в настоящее время наиболее обширную группу химических мутагенов. Биологические алкилирующие агенты – это химические соединения, которые переносят алкильные группы на биологически важные макромолекулы в физических условиях. Сущность их мутагенного действия связана с тем, что при реакциях метилирования, этилирования и т.д. они являются источником введения в молекулу ДНК радикалов. Примером может служить алкилирующий агент метилметансульфонат, алкилирующий гуанин, т.е. добавляющий группы СН₃– С₂Н₅– к кислороду в 6-й позиции, в результате чего образуется О⁶– алкилгуанин или О⁶–метил-гуанин. Метилированный гуанин будет соединяться с тимином, а не с цитозином, как раньше, давая транзицию G-C в А-Т.

2. Пероксиды, альдегиды.Примером мутагенного действия окисли-телей и восстановителей служит действие йода, фенола, пероксида водорода в присутствии формальдегида и других соединений.

3. Гидроксиламины. Мутагеном, модифицирующим основания, является гидроксиламин (NH₂OH), который специфически реагирует с цитозином, добавляя гидроксильную группу, в результате он соединяется с аденином, а не с гуанином. Таким образом, обработка гидроксиламином индуцирует транзицию С-G в Т-А.

4. Азотистая кислота. Азотистая кислота (НNО₂) осуществляет окислительное дезаминирование, т.е. удаляет аминогруппы из таких оснований как гуанин, цитозин и аденин. В результате дезаминирования гуанина азотистой кислотой образуется ксантин, но, т.к. это пуриновое основание имеет тот же тип спаривания, мутация не проявляется. Однако когда модифицируется цитозин, получается урацил (который соединяется с аденином). В итоге происходит транзиция от С-G к Т-А в ходе акта репликации. Мутации, индуцируемые азотистой кислотой, могут ревертироваться повторной обработкой.

5. Антиметаболиты (в том числе аналоги оснований ДНК). Аналоги оснований по молекулярной структуре очень похожи на основания, нормально входящие в цепи ДНК. Эти соединения приводят к мутациям потому, что они могут существовать в альтернативных состояниях. В каждом их 2х состояний аналоги спариваются с разными нормальными основаниями, в результате чего может произойти их замена.

6. Соли тяжелых металлов – в настоящее время считаются одним из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды в связи с множественностью источников их поступления, сохранения и накопления в биогеоценозах. Большое количество исследований посвящено изучению мутагенной активности тяжелых и ряда других металлов, содержание которых в воздухе промышленных городов достигает критического уровня. Установлена мутагенная активность соединений свинца, ртути, хрома и других металлов. Немалую долю промышленных отходов составляют соли кадмия и цинка. Накапливаясь в растительных и животных тканях, они приводят к весьма существенным нарушениям в жизнедеятельности животных и человека, а иногда и к летальному исходу.

7. Красители, обладающие основными свойствами. К ним относятся пиронин, акридины.

8. Лекарственные вещества. Наиболее выраженным мутагенным действием обладают цитостатики и антиметаболиты, используемые для лечения онкологических заболеваний и как иммунодепрессанты. К ним можно отнести препараты алкилирующего действия, такие как тиофосфамид, циклофосфан, тренимон и другие. Мутагенной активностью обладает и ряд противоопухолевых антибиотиков (актономицин Д, адриамицин и другие). Число лекарств с выявленной мутагенной активностью продолжает расти.

9. Гербициды, инсектициды и т.п. Многие пестициды встречаются повсеместно в различных объектах внешней среды, в том числе в пищевых продуктах, а также в тканях и органах растений, животных и человека. Прежде всего, пестициды увеличивают мутабельность у культур, на которых они применяются. Мутагенный эффект их весьма существенен, и целый ряд пестицидов по степени своей генотоксичности превосходит действие классических химических мутагенов, в частности алкилирующих соединений. Пестициды оказывают влияние и на темпы мутирования и человека.

10. Компоненты пищи. Многие мутагены попадают в организм животных и человека путем прямого загрязнения ими пищи или через пищевую цепочку. Например, растительный продукт синигрин, выделенный из различных растений (индийская горчица, некоторые разновидности цветной капусты и т.д.), после ферментативного гидролиза превращается в мутаген – аллилизотицианат.

Дата добавления: 2015-08-05