научная статья по теме ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОГНОЗА КАНЦЕРОГЕННОЙ АКТИВНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ УЧЕТЕ СОМАТИЧЕСКИХ МУТАЦИЙ У СОИ GLYCINE MAX (L.) MERRILL Биология

Текст научной статьи на тему «ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОГНОЗА КАНЦЕРОГЕННОЙ АКТИВНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ УЧЕТЕ СОМАТИЧЕСКИХ МУТАЦИЙ У СОИ GLYCINE MAX (L.) MERRILL»

ГЕНЕТИКА, 2007, том 43, № 1, с. 78-87

^ ГЕНЕТИКА ^^^^^^^^^^^^^^^^

РАСТЕНИЙ

УДК 575.224:582.739

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОГНОЗА КАНЦЕРОГЕННОЙ АКТИВНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ УЧЕТЕ СОМАТИЧЕСКИХ МУТАЦИЙ У СОИ Glycine max (L.) Merrill

© 2007 г. M. М. Биттуева1, С. К. Абилев2, В. А. Тарасов2

1 Кабардино-Балкарский государственный университет, кафедра генетики, селекции и семеноводства,

Нальчик 360004

2 Институт общей генетики им. Н И. Вавилова Российской академии наук, Москва 119991;

факс: (495)135-12-89; e-mail: tarasov@vigg.ru Поступила в редакцию 07.04.2006 г.

В работе проведена количественная оценка эффективности использования теста по учету соматических мутационных событий на листьях сои Glycine max (L.) Merrill (как отдельно, так и в составе батарей тестов) в отношении канцерогенной активности химических соединений у грызунов. Приведены результаты определения мутагенной активности на сое ряда химических соединений. В качестве количественной меры эффективности тестов и их батарей использована селективная информация о канцерогенной активности соединений, полученная в ходе их испытаний. При оценке веса доказанности наличия этой активности у испытуемых соединений использована специальная функция, значения которой однозначно связаны со значениями полной информации, представляющей собой сумму априорной информации и информации, полученной в ходе тестирования. В целом полученные результаты показывают, что тест по учету соматических мутаций в листьях сои фактически по своей эффективности не уступает таким хорошо известным и широко используемым в практике тестирования тестам, как тест Эймса и тест по учету хромосомных аберраций в клетках млекопитающих in vitro. Этот тест может оказаться перспективным при формировании эффективных батарей краткосрочных тестов.

Оценка генетической опасности химических соединений - загрязнителей окружающей среды - для человека возникла как новое направление примерно 35 лет тому назад. За это время были созданы и введены в практику исследований более 200 тест-систем для регистрации генотоксично-сти химических соединений и их смесей. При этом основное внимание уделялось оценке наличия или отсутствия самого факта такого рода активности у химических соединений для млекопитающих и человека. При создании и отборе тест-систем основными критериями были экономичность и филогенетическая близость к человеку. При этом исследования проводились в лабораторных условиях, когда протокол проведения испытаний определялся соображениями простоты, надежности и прогностической эффективности получаемых результатов.

В этой связи наибольшее распространение в практике оценки генетической опасности химических соединений получили бактериальные тесты (тест Эймса) и клетки млекопитающих в системах in vivo и in vitro. Однако для целей мониторинга реального загрязнения среды потенциально опасными в генетическом отношении соединениями наиболее подходят растительные тест-системы.

При использовании растительных тест-систем, как правило, учитываются хромосомные

аберрации в метафазе или анафазе в меристем-ных клетках Crepis capillaris, Vicia faba, Allium cepa, Hordeum vulgare. Для регистрации генных мутаций созданы и активно используются специальные линии Tradescantia poludosa. Однако использование этих тестов позволяет учитывать лишь один тип мутационных событий - либо хромосомные аберрации, либо генные мутации.

В этом плане исключение составляет тест, созданный еще в 1968 г., который позволяет дифференцированно регистрировать сразу несколько генетических нарушений, а именно прямые и обратные генные мутации, индуцированный соматический кроссинговер и нерасхождение хромосом [1-3]. В основе этого теста лежит регистрация соматических мутаций, возникающих на листьях сои Glycine max. В настоящее время он используется при анализе потенциальной мутагенной опасности соединений в виде растворов, твердых отходов, эмульсий и газообразных веществ [4, 5]. Эти преимущества, а также оперативность и экономичность при проведении исследований делают эту тест-систему весьма перспективной при анализе генетической опасности загрязнений территорий и производств.

Основным недостатком данной тест-системы, ограничивающим ее широкое использование, является фактическое отсутствие исследований ко-

Таблица 1. Типы пятен на листьях сои и возможные генетические нарушения, обусловливающие их появление

Окраска листьев, генотип Типы пятен Возможный тип генетических нарушений

Светло-зеленые, Ynyn Желтые Зеленые Парные Прямая мутация Уп —уп, нерасхождение хромосом Обратная мутация у11 —«- Уп, нерасхождение хромосом Соматический кроссинговер

Зеленые, YnYn Светло-зеленые Темно-зеленые Прямая мутация Уп —- уп Нерасхождение хромосом, УцУцУц

Желтые, ynyn Светло-зеленые Обратная мутация у11 —«- У11

личественного определения связи между результатами тестирования и мутационной и канцерогенной активностью испытуемых соединений для млекопитающих и человека.

Ранее была обоснована целесообразность использования селективной информации в качестве количественного критерия эффективности отдельных тестов и их батарей и созданы компьютерные программы, обеспечивающие практическое использование этого критерия [6-8].

Цель данной работы - количественная оценка эффективности использования теста по учету соматических мутационных событий на листьях сои (как отдельно, так и в составе батарей тестов) в отношении канцерогенной активности химических соединений у грызунов. При этом в качестве количественных критериев эффективности тестирования используется селективная информация либо о наличии, либо об отсутствии канцерогенной активности у испытуемых соединений.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование мутагенной активности химических соединений на сое (Glycine max (L.) Merrill)

Принцип метода. Тест основан на учете и анализе различных типов пятен, появляющихся на листьях сои после обработки семян мутагенами. У линии Т-219 синтез хлорофилла зависит от ал-лельного состояния гена: доминантный аллель Y11 обусловливает зеленую окраску листьев, рецессивный y11 - желтую окраску листьев. В результате расщепления гетерозигот Y11y11 в следующем поколении растения представлены тремя классами по признаку окраски листьев, частота которых соответствует менделевскому наследованию при неполном доминировании аллеля дикого типа. Так, гомозиготные по доминантному аллелю растения Y11Y11 характеризуются зеленой окраской листьев, гетерозиготные растения Y11y11 -светло-зеленой окраской листьев, и, наконец, у листьев гомозиготных растений по рецессивному аллелю y11y11 успевают развиться только два первых листа, которые имеют желтую окраску.

Учет результатов. На всех трех типах листьев могут появиться разного рода мозаичные пятна, являющиеся результатом разных типов мутаций (табл. 1). Эти пятна имеют четкие границы, что позволяет довольно легко отличить их от пятен, возникающих в результате физиологических процессов. Так, на зеленых листьях растений У11У11 могут появиться светло-зеленые пятна в результате прямой У11 —» у11 мутации. Кроме светло-зеленых пятен на этих листьях могут появиться еще темно-зеленые пятна. Единственным объяснением их появления может быть нерасхождение хромосом, т.е. образование УпУпУп-клеток. На листьях желтых ^11у11-растений может появиться только один тип пятен - светло-зеленые. Единственной причиной этого может быть только обратная генная мутация у11 —- Уп.

На листьях гетерозиготных растений У11у11 могут быть участки желтого цвета, причиной их появления может быть как прямая генная мутация У11 —у11, так и нерасхождение хромосом. Помимо желтых пятен на этих листьях могут быть зеленые пятна в результате обратных мутаций у11 —► У11, а также нерасхождения хромосом. Один из наиболее интересных феноменов на У11у11-листьях - появление парных симметричных пятен, когда рядом с зеленым пятном находится желтое, почти зеркальное его отражение. Причина появления таких пятен - соматический крос-синговер.

Источники информации при формировании выборки химических соединений для проведения ретроспективного анализа

Для проведения ретроспективного анализа были использованы компьютерные базы данных CPDB (Carcinogenic Potential Date Base; http://potency. derkeley.edu/cpdb.html), GENE-TOX (http://toxnet. nlm.nih.gov/cgi-bin/sis/htmlgen?GENETOX), литературные данные, а также результаты собственных исследований.

Таблица 2. Результаты изучения мутагенной активности химических соединений на сое

Химическое соединение

Светло-зеленые листья (Уцуц) Зеленые листья (УцУц) Желтые листья (У11У11)

прямая мутация Yi¡y¡i —- УпУ11, нерасхождение хромосом н S н « 2 . И „ s t S 1 * § н о g а yi ам р yi ро Ю „ 5 Uft о ^ я к соматический кроссинговер cí ¡C * W се а*: нерасхождение хромосом обратная мутация У11У11 —- У11У11

Метилнитрозо-мочевина

Нитрофуразон

Фуросемид

Циклофосфан

Изониазид

+ + +

Канцерогены +

+ + +

Неканцерогены

+ +

Аскорбиновая - - - - - -

кислота

Диазепам - + + - + +

Гидроксиламин + + + + + +

Карбофос - - - - - -

Нафтиламин + + - - + +

Примечание. "+" - положительный результат; '

- отрицательный результат.

Компьютерные программы

При оценке апостериорной вероятности использовался модуль "дискриминантный анализ" пакета программы STATISTICA 6.0. При определении значений информации и уровня доказанности канцерогенной активности использовалась программа Union 1001, разработанная в лаборатории изменчивости генома Института общей генетики РАН.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Определение мутагенной активности химических соединений с использованием теста по учету соматических мутаций в листьях сои

На первом этапе нами были проведены эксперименты по изучению на сое мутагенных эффектов химических соединений, генетическая активность которых хорошо изучена в других тест-системах. В табл. 2 представлены итоговые результаты этих исследований. Видно, что все соединения, за исключением аскорбиновой кислоты, изониазида и карбофоса, индуцировали у сои соматические мутации. Аскорбиновая кислота снижала спонтанный уровень появления пятен на листьях, т.е. проявила антимутагенную актив-

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком