БИОФИЗИКА, 2014, том 59, вып. 3, с. 558-564
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 539.1.04
ВЛИЯНИЕ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА П Р ОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ СТР ЕССИ Р ОВАННЫХ ДР ОЗОФИЛ
© 2014 г. В.И. Федоров, Н.Я. Вайсман*, Е.Ф. Немова, Н.А. Николаев**
Институт лазерной физики CО РАН, 630090, Новосибирск, просп. А кадемика Лаврентьева, 13/3;
E-mail: vif41@mail.ru
*Институт цитологии и генетики CО РАН, 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 10;
E-mail: л^^5тап@Ыоие1.тс.ru
**Институт автоматики и электрометрии CО РАН, 630090, Новосибирск, просп. АкадемикаКоптюга, 1
E-mail: nazar@iae.nsk.su
Поступила в p едакцию 06.08.13 г. После доработки 20.01.14 г.
Самцов и виргинных самок дрозофил подвергали стрессу ограниченного пространства с лишением корма в течение 3 ч. Часть из них дополнительно облучали в диапазоне 0,1-2,2 ТГц в течение 30 мин. Регистрировали продолжительность жизни индивидуальных особей. Облучение оказало некоторое позитивное влияние на выживаемость самцов на этапе монотонного снижения численности и отрицательное в период относительной стабильности численности. Выживаемость облученных самок на этапе резкого падения численности была выше, чем у контрольных и стрессированных самок. Авторы предполагают, что терагерцовое излучение оказывает опосредованное влияние на экспрессию генов и сигнальные пути, контролирующие выживаемость и продолжительность жизни дрозофил.
Ключевые слова: терагерцовое излучение, биологические эффекты электромагнитных полей, дрозофила, стресс, продолжительность жизни.
Терагерцовое излучение (0,1-10 ТГц) оказывает влияние на статус генетической системы, что следует из результатов исследований, показавших избирательное влияние излучения на экспрессию генов различных про - и эукар ио-тических клеток [1-6] и на дифференцировку стволовых клеток [7]. Отражением такого влияния является изменение масштаба проявления фенотипического полиморфизма у облученных микро - и многоклеточных о рганизмов [4,8,9] и увеличение спектра мутационных изменений в последующих поколениях [10].
Важным генетически обусловленным признаком является продолжительность жизни [11]. П родолжительность жизни и ее гендерная специфика - сложные свойства, которые зависят от многих генетических факторов, внешней среды и взаимодействия между ними. Высокая степень консервативности генов и клеточных сигнальных путей у разных видов позволяет изучать механизмы продолжительности жизни на модельных объектах. Идеальной моделью для этих целей является дрозофила с ее коротким временем воспроизводства, высокой плодовитостью, хорошо изученными генетически-
ми ресурсами и рядом известных генов, контролирующих продолжительность жизни [12,13].
В предыдущих исследованиях было показано, что терагер цовое излучение в зависимости от дозы вызывает в пер вом поколении, полученном от облученных дрозофил, как повышение плодовитости и жизнеспособности [14], так и проявление стерильности и появление рецессивных летальных мутаций [9], а также изменение динамики созр евания и соотношения полов [15]. К роме того, терагер цовое излучение способствовало снижению у имаго числа спонтанных и индуцированных у-облучением в личиночном пер иоде соматических мутаций в клетках крыльев [16]. Все эти результаты свидетельствуют об отклике генетической системы дрозофил на терагерцовое излучение.
В настоящей работе изучали влияние тера -герцового излучения на продолжительность жизни самцов и самок дрозофил. Исследование предпринято для получения новой информации об организменных проявлениях влияния тера-герцового излучения на статус генетической
системы. P анее подобные исследования не пр о -водились. Это исследование имеет отношение и к выяснению вопр о са о биоопасно сти тер а -гер цового излучения, в связи с тенденцией развития новых технологий, использующих это излучение [17].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В экспер именте использовали др озофил линии Oregon R из фонда Института цитологии и генетики CО РАН. Для проведения опыта мух р азмножали пр и нор мальной темпер атур е (25°C). Затем под бинокуляр ной лупой отбир а -ли в эксперимент самок и самцов в течение суток после вылета имаго. Для отбор а о собей мух нар котизир овали эфир ом. Др озофил р ас-саживали в одинаковые со суды, содержащие стандартную питательную среду, по 30 мух в каждый. Самок содер жали отдельно от самцов. Подопытная группа со стояла из 120 мух каждого пола.
Мух каждого пола помещали по 20 особей в контейнеры для облучения (стандартные пластиковые пр обир ки Эппендор фа высотой 50 мм и диаметр ом 5,5 мм). Диаметр пр обир ки соответствует диаметр у тер агер цового луча (5 мм). Отверстия пробирок закрывали пленкой из пар афилма, в котор ой пр едвар ительно пр оделы-вали иглой отверстия для поступления воздуха. В проверочном эксперименте установлено, что в натянутом со стоянии пленка поглощает не более 1% излучения.
Пребывание мух в таком контейнере без пищи можно ра сценивать как стр есс. Показано, что содержание дрозофил в течение нескольких часов даже на обедненной питательной среде [18] или п р и повышенной плотности в огр ани-ченном пр о стр анстве [19] вызывает неспецифическую стр ессовую реакцию. Поэтому в данном эксперименте мухи подвергались комбинации стр ессор ных фактор ов: огр аничение пр о стр ан-ства, скученно сть, лишение пищи.
В качестве источника тер агер цового излучения использовали лазер ную систему, созданную в Институте автоматики и электрометрии С О РАН. Система генер и р ует шир окополосное импульсное тер агер цовое излучение в диапазоне 0,1-2,2 ТГц с длительностью импульса 1 пс, мощностью в импульсе 8,5 мВт. Частота по-вто р ения импульсов 76 МГц. Излучение модулируется с частотой 10 КГц. Подробное описание лазер ной системы дано в р аботе [20].
П р обир ки с мухами облучали последовательно по одной в течение каждых 30 мин. Выбор такого режима облучения обусловлен его эффективно стью, пр оявившейся в пр едыду-
I II III VI
0.1
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54
Дни жизни
Рис. 1. Кривые выживаемости самцов и самок гр уппы внешнего контр оля. Выделены пер иоды: I -со xp анение стопр оцентной численности, II - монотонное снижение численности, III - относительно стабильная численность с последующим монотонным снижением, IV - р езкая убыль численности.
щем экспер именте пр и исследовании влияния тер агер цового излучения на динамику созр ева -ния и соотношения полов у потомков облученных др озофил, в котор ом выявлены гендер ные особенности отклика оплодотворенных яйцеклеток на излучение [15].
Необлученные мухи (по 120 мух каждого пола) находились в таких же контейнер ах и служили в качестве внутр еннего контр оля. Общее пр ебывание мух вне лабор атор ных условий со ставило 3 ч. Затем облученных и необлучен-ных др озофил пер есаживали в стандар тные со -суды и помещали в термостат с постоянной темпер атур ой 25°C. Каждые тр ое суток мух пер есаживали на свежий кор м и вели р егист-р ацию смер тности вплоть до завер шения цикла жизни у всех подопытных и необлученных мух. Полученные результаты ср авнивали с данными по продолжительности жизни мух, находившихся в стандартных лабор атор ных условиях (внешний контр оль, по 120 мух каждого пола).
Для опр еделения ур овня статистической значимо сти р азличий между ср едними значениями продолжительности жизни применяли кр итер ий Стьюдента, между кр ивыми выживаемости - log-rank тест [21].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ССЛЕДОВАНИЯ
Средняя пр одолжительность жизни самцов из группы внешнего контр оля со ставила 32,5 ± 1,2 суток, самок - 34,3 ± 1,36 суток. На рис. 1
Р ис. 2. К р ивые выживаемости самцов подопытной гр уппы и гр упп внешнего и внутр еннего контр оля. Обозначения те же, что на р ис. 1.
Рис. 3. Кривые выживаемости самок подопытной гр уппы и групп внешнего и внутр еннего контр оля. Обозначения те же, что на р ис. 1.
пр едставлена динамика убывания численности мух этой группы в течение всего наблюдения. Видно, что у контр ольных мух можно выделить четыр е пер иода жизни в стадии имаго, хар актер изующихся р азной динамикой убывания численности. 1. С о хр анение стопр оцентной численности мух у обоих полов в пер вые шесть суток после вылета. 2. Монотонное снижение численности у обоих полов между 6-ми и 18-ми сутками. У самцов снижение численности начинается р аньше, но имеется этап относительной стабильности численности между 12-ми и 15-ми сутками. В итоге численность самцов и самок к концу периода практически одинакова и со ставляет около 80% от исходной величины. 3. Два этапа относительно стабильной численности самцов (с 18-ти по 30-е и с 33-и по 39-е сутки) с этапом монотонного снижения численности между 30-ми и 33-ми сутками (на 10%) и монотонная убыль самок на протяжении всего пер иода. В р езультате численность самцов до -минирует. К 39-м суткам численность самцов и самок отличается незначительно (60,0 и 57,7% от исходной величины соответственно). 4. Р ез-кая убыль численно сти у обоих полов. У самцов она более выражена. В итоге максимальная продолжительность жизни самок больше, чем самцов (51 и 45 суток соответственно). До максимального срока дожили 15% самцов. В это вр емя живыми были 30% самок. До 51-х суток дожили 5% самок.
Ни стресс, ни терагерцовое излучение на фоне стр есса не повлияли на пер вый пер иод у обоих полов (рис. 2, 3). Дальнейшие периоды отличались у самцов и самок. Во втором пе-
р иоде интенсивно сть снижения численно сти стрессированных самцов до 12-х суток была выше, чем в контр оле (21 и 14% соответственно). Затем наблюдался этап относительной стабильности с последующим менее выр аженным, чем в контр оле, убыванием численности к 18-м суткам (р ис. 2). Тер агер цовое излучение пр и-вело к некоторому уменьшению влияния стресса на выживаемость на этом отрезке жизни имаго (X2 = 2,38, р > 0,05). Интенсивность снижения численности у облученных мух до 12-х суток не отличалась от внешнего контр оля (р ис. 2). Однако дальнейшего этапа относительной стабильности не по следовало, и к 15-м суткам доли живых облученных и необлученных ст р ессир ованных самцов совпали. Затем доля живых облученных стр ессир
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.