Введение к работе
Актуальность проблемы. Научно-техническая революция с особой остротой поставила вопрос об охране окружающей среды от разнообразных загрязнений, в том числе и об увеличении в среде мутагенных факторов. Борьба за всемерное уменьшение поступления в окружающую среду мутагенных веществ становится все более актуальной задачей. Но несмотря на прилагаемые усилия как на национальном, так и на международном уровнях, количество мутагенных факторов, если не увеличивается, то и не уменьшается.
В последние годы на повестку дня выдвинулось представление о важности выяснения вопроса о наследственных различиях в реакции разных индивидов на одинаковые внешние воздействия, что способствовало возникновению новой отрасли генетики - генетики экологической (g.j.Brewer). Первоначально это направление зародилось как фармакогенетика, т.е. направление, изучающее наследственные различия в реакции на сходные фармакологические препараты. Но позднее стало ясно, что такие различия существуют не только по отношению к лекарственным препаратам, а и по отношению ко всем другим факторам внешней среды.
При перечислении проблем экологической генетики в их число, как правило, не включают проблемы мутагенеза. Такое положение следует считать неправильным, т.к. специфика мутагенеза во многом определяется генетическими особенностями того организма, в котором мутагенез осуществляется. Уже представлялось возможным рассмотреть этот вопрос в печати (Порошенко, 1962). В данной диссертации сформулирована целостная концепция физиологии мутагенеза и его экогенетических аспектов.
1-І
Проблемы экологической генетики представляют из себя дальнейшее развитие вопросов генетического полиморфизма популяций, разработка которых началась еще в классической работе С.С.Четверикова (1926), но стали особенно актуальными в настоящее время. С другой стороны, экогенетические аспекты мутагенеза потребовали развития на современном уровне знаний представлений М.Е.Лобашева (1947) о физиологии мутационного процесса. В этом плане имеет место срастание ряда представлений о судьбе ксенобиотиков в организме, разрабатываемых токсикологами, с данными генетиков. В настоящее время все чаще говорят о генетической токсикологии. Появились монографии с таким названием И одна ИЗ серий известного журнала "Mutation Research". В плане данных по экогенетическим аспектам мутагенеза, приведенных в настоящей диссертации, представляется необходимым различать генетическую токсикологию, изучающую последствия воздействия токсических веществ на генетический аппарат, и токсикологическую генетику, изучающую наследственные различия в реакции разных индивидов на одно токсическое (мутагенное) соединение. Этот последний аспект и рассматривается в данной диссертации.
Следует подчеркнуть также, что понятие "мутаген" в настоящее время стало несколько шире, чем "вещество, вызывающее передающиеся по наследству изменения". В достаточно большом проценте случаев мутагены вызывают нарушения, несовместимые с жизнью (летальные), которые не могут передаваться по наследству. Поэтому правильнее говорить, что "мутаген - это вещество, изменяющее шш повреждающее генетический аппарат организма или клетки". В этой связи все чаще стали употреблять по отношению
к мутагенам термин "кластогены", в особенности в тех случаях, когда анализируют аберрации хромосом, вызванные химическими соединениями.
Цель и задачи настоящей работы. Изучение проблем экологической генетики на уровне популяций животных - задача довольно трудная, требующая охарактеризовать каждый индивид по тем или другим признакам, выделить по этому признаку какие-то группы внутри популяции и изучить различия в их реакциях на изменяющиеся факторы внешней среды. Работая с перевиваемыми штаммами асцитных опухолей мыши, мы поставили перед собой задачу охарактеризовать кандый исследуемый штамм как популяцию, приложить к этой популяции соматических клеток некоторые закономерности, известные для популяций организмов, размножающихся половым путем, и попытаться проследить на них некоторые экогенетические процессы. Для этого необходимо было выделить среди популяций опухолевых клеток этих штаммов группы клеток, за которыми можно было бы следить. Со времен классической работы С.СЛетверн-кова (1926) известна перспективность использования для изучения полиморфизма популяций питогенетических характеристик. Используя этот опыт, в популяциях опухолевых клеток удалось выделить несколько линий клеток, обладающих различным набором перестроенных хромосом, с помощью которых можно маркировать такие клетки и в дальнейшем следить за их судьбой. Определенные сочетания хромосом в одной клетке оказались достаточно стабильными, что позволило использовать их как характеристику определенной линии клеток.
В задачи исследований входило проанализировать судьбу разных клеточных линий на протяжении одного пассажа опухоли
и на протяжении нескольких ее пассажей в брюшной полости беспородных мышей различных линий. После обнаружения динамики соотношения клеточных линий с разным набором маркерных хромосом возникла необходимость изучить влияние на них некоторых физиологических факторов (иммунологические системы кивотного-рецшшента, изменения процессов обмена веществ при введении экзогенной глюкозы) и мутагенов (нитрозометилмочевины и некоторых других химиотерапевтических препаратов). Были изучены закономерности такой изменчивости и сделан вывод о том, что клетки с разным набором маркерных хромосом обладают разными фенотипическими свойствами и по-разному реагируют на мутагенные воздействия. Учитывая проблемы практической химиотерапии опухолей, в задачи настоящего исследования входило выяснение некоторых питогенетических закономерностей развития устойчивости опухолевых клеток к ранее эффективному химиотерапевти-ческому препарату.
В задачи настоящей работы входило также на основе анализа литературных и собственных данных определить основные точки приложения генетических и средовых факторов, модифицирующих мутационный процесс, с особым вниманием к этапу репарации ДНК. Необходимо было выяснить, существуют ли мекиндивидуальные различия между практически здоровыми людьми по способности к репарации ДНК и как влияют на эту способность неспецифические заболевания и малые дозы мутагенов.
Научная новизна результатов. В результате проведенных исследований впервые:
- установлено, что перевиваемые асцитные опухоли мышей могут служить удобной моделью для изучения экогенетпческих
аспектов мутагенеза. Показано, что клеточные линии, различаю-щяеся по своим патогенетическим характеристикам, по-разному реагируют на один мутаген. Обнаружены также качественные различия в реакции на одно мутагенное соединение нормальных и опухолевых клеток.
Показано, что среди практически здоровых доноров имеются лица с низкой способностью лимфоцитов периферической крови к репарации ДНК. Установлено, что неспецифические воспалительные заболевания легких и острый инфаркт миокарда приводят к снижению способности лимфоцитов периферической крови к репарации ДНК.
Предложена новая классификация антимутагенов, позволяющая сделать более целенаправленным поиск новых антимутагенных препаратов.
Практическая значимость работы. На основании проведенных исследований для работапцих в области цитогенетики опухолевого роста даны методические рекомендации о необходимости изучать цитогенетические характеристики опухоли не однократно, как это делает еще большинство исследователей, а многократно на протяжении всего срока развития опухолевого процесса. Предложено использовать перевиваемые штаммы аспитных опухолей мышей в качестве модельной системы для изучения экогенетических закономерностей мутагенеза.
Предложено использовать различия в реакции на один мутаген (химиотерапевтический препарат) различных клеточных линий из полиморфной популяции клеток одной опухоли для разработки объективных критериев рациональной комбинированной химиотера-> шш опухолей.
Предложено использовать различия в способности разных индивидов к репарации ДНК в качестве метода профессионального отбора лиц для работы в условиях с повышенным содержанием мутагенов.
Материалы диссертации использованы в ряде монографий. Принципи классификации этапов мутагенеза и аятиыутагенов положены в основу рубрикации соответствупцих разделов в реферативном журнале ВИНИТИ "Общая генетика".
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на:
-
Международном генетическом конгрессе (Токио, 1968), Семинаре МГУ по проблемам онкологии в 1968 и 1975 гг., 10 Международном онкологическом конгрессе (Хьюстон, 1970), Всесоюзной конференции "Экспериментальное и математическое моделирование искусственных и природных экосистем" (Красноярск, 1973),
-
Международном генетическом конгрессе (США, 1973), Советско-итальянском симпозиуме "Противоопухолевые антибиотики" (Москва, 1975), Международном конгрессе по химиотерапии (Лондон, 1976), Третьем (Ленинград, 1977) и Пятом (Москва, 1987) съездах ВОГиС, 14 Международном генетическом конгрессе (Москва, 1978), Всесоюзном симпозиуме "Генетические процессы в популяциях опухолевых клеток" (Ленинград, 1980), 5 Всесоюзном биохимическом съезде (Киев, 1986).
Публикация результатов исследований. Основные результаты и научные положения диссертации отражены в 52 публикациях в центральных советских научных журналах, в сборниках тезисов и трудов всесоюзных и международных симпозиумов и съездов, в сборниках "Итоги науки и техники ВИНИТИ". Экспериментальные материалы, изложенные в диссертации, получены в основном в
соавторстве с сотрудниками/работавшими под руководством диссертанта и являющимися соавторами его работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 317 страниц машинописного текста и включает в себя 27 таблиц и 74 рисунка. Диссертация построена по монографическому плану и состоит из введения и четырех глав. Список литературы включает 338 названий, из них 168 - на русском языке.