Влияние сточных вод ОГПК на выживаемость и колониеобразование дрожжей различной плоидности
Выживаемость к контролю, %
Фактор диплоид гаплоид
через 1 сут через 7 сут через 30 сут через 1 сут через 7 сут через 30 сут
Сточная вода 98.0 98.3 96.5 58.3 42.6 42.2
Гамма-облучение, 100 Гр 68.4 45.5 48.7 10.7 12.3 6.8
Температура, 40°С 58.6 43.5 42.8 45.7 39.1 28.6
Среднее значение диаметров колоний к контролю, %
Сточная вода 125.5 132.3 111.8 1.53 1.48 1.40
Гамма-облучение*, 100 Гр 186.3 147.2 166.5 68.6 77.9 64.0
Температура*, 40°С 118.1 117.5 103.4 76.9 80.0 82.1
* Позитивный контроль.
никеля в орошаемых с 1978 г. почвах к 2000 г. превзошла ПДКп.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Использованы методы выявления стохастических и нестохастических наследуемых клеточно-летальных эффектов [1]. Исследования проведены на штаммах дрожжей Saccharomyces cerevisiae - гаплоиде и его у-мутанте - диплоиде. Гаплоидный штамм интродуцирован из природной популяции "дикий тип". Исследования проводили в соответствии с рекомендациями по работе с дрожжами сахаромицетами [7]. Наблюдали выживаемость обработанных клеток и особенности колониеоб-разования по диаметрам макроколоний в трех независимых опытах. В качестве позитивного контроля использована реакция дрожжей на гамма-излучение (100 Гр) и повышенную температуру (40°С, инкубация в среде Ганзена в течение суток). Изменчивость в колониеобразовании наблюдали в режиме: первый пассаж на агаризован-ную среду - через сутки, второй - через 7 сут, третий - через 30 сут после воздействия. Воздействие на дрожжевые культуры сточной воды определялось включением ее в жидкую питательную среду вместо дистиллированной воды. Пробу исследуемого вещества предварительно пропускали через мил-липоровый фильтр (МПИроге ИА^Р, d = 0.45 мкм).
РЕЗУЛЬТАТЫ
В таблице даны значения выживаемости и среднего значения диаметров колоний дрожжей после обработки сточной водой и в позитивном контроле. В позитивном контроле, где в качестве индуктора нестохастической клеточной летальности представлена повышенная температура, гаплоиды и диплоиды проявляли признаки снижения выживаемости более чем на 50%. Гамма-облучение в дозе 100 Гр вызывало гибель 90%
гаплоидных клеток и около 50% диплоидных клеток. Оба позитивных контроля показали ингиби-рование роста колоний у гаплоидов и стимулирование - у диплоидов.
Сточные воды ОГПК проявили токсичность по отношению к дрожжам-гаплоидам. При этом летальность клеток достигала 47.7%, наблюдали сокращение размеров колоний (рис. 1-3). По отношению к дрожжам-диплоидам сточные воды малотоксичны: выживаемость снижена незначительно, но имеет место эффект увеличения размеров колоний - первичное изменение в морфологии колониеобразования диплоидных дрожжей при летальности в поколении, вызванной слабой дозой мутагена. В последующих пассажах также наблюдали угнетение колониеобразования у гаплоидов и увеличение диаметров колоний у диплоидов. При этом у диплоидов этот признак убывал с течением времени. Увеличение размеров организмов в популяциях при воздействии малыми дозами мутагена часто объясняют стимулирующим эффектом агента [8-10]. В нашем эксперименте гамма-мутант является производным гаплоида дикого типа. Можно предполагать, что дозы, вызывающие стимуляцию метаболических процессов, не исключают негативные изменения, ведущие к летальности в клеточных поколениях. Более того, мы считаем, что увеличение размеров колоний в первых пассажах, в течение первых суток после воздействия, возникает по причине повреждения типичной морфологии колонии, пространственного положения клеток в колонии, изменения высоты его профиля, уплощения. Последнее не характерно для колоний гаплоидов. В эксперименте на дрожжах сахаромицетах, где индуцирующим фактором выбраны сточные воды ОГПк, не выявлены морфозы колоний. Однако в опытах на растениях и лабораторных млекопитающих наблюдали морфофизиологические аномалии и аномалии развития организмов, вы-
Количество колоний, % 70
60
50
40
30
20
10
0
60 г
50
40
30
20
10
0
1.0 1.5 2.0 2.5
Диаметр колоний, мм
Рис. 1. Распределение диаметров колоний дрожжей под влиянием сточных вод ОГПК. а - дрожжи-дипло-иды, б - дрожжи-гаплоиды.
Количество колоний, % 70 р а
60
50
40
30
20
10
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
80 70 60 50 40 30 20 10 0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Диаметр колоний, мм
Рис. 2. Распределение диаметров колоний дрожжей после воздействия гамма-облучением. а - дрожжи-ди-плоиды, б - дрожжи-гаплоиды.
званные действием сточных вод этого предприятия [6]. При этом зафиксировано, что сточные воды газоперерабатывающей промышленности индуцируют отдаленную патологию в потомстве грызунов. Таким образом, наследуемая гибель клеток, наблюдаемая у дрожжей-гаплоидов, согласуется с результатами эксперимента на многоклеточных формах. Следовательно, при наблюдении эффекта сокращения размеров колоний на гаплоидных дрожжах можно прогнозировать вторичные дистрофические изменения в тканях организмов более высокой организации.
ОБСУЖДЕНИЕ
Среди эффектов последействия различают стохастические и нестохастические. Неопухолевые формы отдаленной патологии являются нестохастическими, пороговыми, реакциями организма на лучевое воздействие, частота и тяжесть которых зависят от дозы. Канцерогенные и генетические эффекты являютя стохастическими, беспороговыми, реакциями, частота которых повышается с увеличением дозы, при этом тяжесть патологии не зависит от дозы. Нестохастические эффекты возникают в результате одновременного поражения большого числа клеток в органе
или ткани, стохастические - в результате поражения одной или нескольких клеток. Нестохастиче-кие эффекты выявляются после превышения так называемой пороговой дозы, а клиническая тяжесть поражения возрастает с увеличением дозы. В зависимости от типа эффекта, характеристики конкретной ткани и дозы время появления повреждения ткани может составлять от нескольких часов или дней до нескольких десятков лет после воздействия. Тяжесть нестохастических эффектов зависит от числа поврежденных клеток в ткани. Облучение в малых дозах вызывает повреждение лишь небольшой доли клеток. Некоторые из таких повреждений обратимы. Небольшое количество измененных таким образом клеток, однако, представляет потенциальную основу для новообразований [1, 8, 9].
Основу патологии составляют три типа нарушений: клеточная гибель, консервация наследственных нарушений, нелетальные наследственные изменения [1, 8]. Одним из механизмов формирования отдаленных последствий является накопление повреждений в генетическом аппарате соматических клеток. Такие нарушения обуславливают развитие, например, катаракты, пневмо- и нефросклероза, ослабления эластичности кожи, нейродистрофические расстройства, а
Количество колоний, %
60 -
50 -
40 -
30 -
20 -
10 - И -••у
0 __»у , V"* /
0.5 1.0
80 г
70 -
60 - / Л / \
50 - // \
40 - //
30 - '«" / //
20 - / //х
10 -
0 ' |
Количество колоний разных размеров, % 80 г
70 60 50 40 30 20 10
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Диаметр колоний, мм
Рис. 3. Распределение диаметров колоний дрожжей после температурного воздействия. а - дрожжи-ди-плоиды, б - дрожжи-гаплоиды.
также составляют основу снижения адаптивных возможностей организма и ускорения старения.
Малые дозы мутагена не вызывают грубых нарушений ядерных структур, воздействие на активность генетического аппарата опосредованно изменениями в биоструктурах цитоплазмы и внутриклеточной регуляции. Отдаленная гибель клеток, индуцируемая малыми дозами мутагена, обусловлена передачей скрытых летальных изменений в процессе клеточного размножения [8, 9]. На уровне диплоидных дрожжевых клеток рассматриваемый эффект выражается в снижении выживаемости клеток и сокращении размеров колоний в ряду пассажей [1-4]. От непосредственно индуцированных фактором клеток возникают колонии увеличенных размеров (независимо от дозы) (рис. 4) [1]. При этом размеры колоний широко варьируют. На рисунке приводится пример облучения диплоидных дрожжей в дозе 500 Гр, причина такого распределения колоний автором не объясняется.
Вероятно, подобные изменения в характере колониеобразования наблюдаются на основе динамичных превращений в новом режиме метаболических процессов. Безусловно, к этому имеет отношение диплоид-специфическая репарация, так как у гаплоидов диаметры колоний сокращаются в первых же пассажах и отличаются одно-
1 2 3 1 2 3 1 2 3 Диаметр макроколоний, мм
_I_I_I_
1 8 35
Время после облучения, сут
Рис. 4. Распределение макроколоний по размерам на 1-35-е сут после облучения (пунктир) и в контроле (сплошная линия) у дрожжей-диплоидов (по [1]).
родностью размеров [1, 11]. Гипотетически, особенности процесса колониеобразования, характеризующие способность штамма к репродукции, зависят от плоидности клеток. Возможной причиной цитостатического эффекта, по нашему мнению, может быть и удлинение интерфазы деления (лаг-фазы), которое традиционно сопровождается синтезом травматических белков, белков теплового шока и прочих стрессовых белков. Следовательно, подобие эффектов колониеобразования при воздействии повышенной температуры, облучения и поликомпонентных сточных вод, включающих соли тяжелых металлов, можно объяснить повреждением общих мишеней. Известно, что неспособность клеток к митозу проявляется раньше, чем клетка получит достаточное число повреждений для гибели [1, 8, 9]. Причем дозы, вызывающие повреждения механизмов репродукции, значительно ниже доз, ведущих к летальности, и не имеют строгих пороговых ограничений. Однако клетка, не способная дать потомство, считается мертвой. Последнее не распространяется на неспособный к репродукции многоклеточный организм. Преимущество системных отношений в организме у многоклеточных форм проявляется в том, что дифференциров-ка тканей, их специализация приводят к новому уровню защиты клетки от внешних неблагоприятных факторов. Отсюда нарушения системных отношений в организме (или, например, изоляция in vitro) должны привести к повышенной чувствительности составляющих компонентов - клеток,
а
теряющих защиту. В этом смысле можно ас
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.