ГЕНЕТИКА, 2013, том 49, № 3, с. 293-302
ОБЗОРНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СТАТЬИ
УДК 575.224
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ТОКСИКОЛОГИИ © 2013 г. Л. П. Сычева, В. С. Журков, Ю. А. Рахманин
Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина Министерства здравоохранения Российской Федерации, Москва 119992
e-mail: lpsycheva@mail.ru Поступила в редакцию 12.05.2012 г.
Обзор посвящен актуальным проблемам генетической токсикологии и направлен на развитие этой науки на современном этапе. Рассмотрены общие подходы к оценке генотоксической и мутагенной активности факторов окружающей среды, существующая в РФ и за рубежом система регламентации химических соединений с учетом мутагенного действия, современные методы оценки органной специфичности мутагенов, альтернативные методы генетической токсикологии, оценка мутагенного действия различных факторов при обследовании населения, возможности токсикогеноми-ки для выявления мутагенных свойств факторов окружающей среды.
DOI: 10.7868/S0016675813030168
Генетическая токсикология как наука, изучающая влияние различных факторов на генетические структуры и процессы в организме, возникла относительно недавно — в 70-х годах прошлого века. К настоящему времени сформулированы основные закономерности мутагенеза, которые являются фундаментальной основой этой науки, создан и верифицирован методический аппарат, проведены многочисленные исследования по определению мутагенной активности различных факторов окружающей среды. Интенсивное развитие генетики в целом характерно и для генетической токсикологии — как экспериментальной, так и, в большей степени, эпидемиологической. В новых интересных исследованиях, выполняемых в разных странах мира, развиваются фундаментальные, методологические и прикладные аспекты генетической токсикологии.
В конце 2010 г. состоялся объединенный Пленум научных советов Российской Федерации по экологии человека и гигиене окружающей среды и по медико-экологическим проблемам здоровья работающих [1], посвященный достижениям и проблемам в области генетической токсикологии, часть из которых отражена в настоящей статье.
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ТОКСИКОЛОГИИ
Решение важных практических проблем генетической токсикологии базируется на понимании механизмов образования мутаций на молекулярном, субклеточном, клеточном, органном, системном и организменном уровнях. В настоящее время основные достижения в этой области связаны с изучением тонких молекулярных механиз-
мов работы генетических программ, "ошибок" на разных этапах работы генома: репликации ДНК, транскрипции, сплайсинга, трансляции, разного рода репарационных процессов, экспрессии генов и т.п. Важно определить возможные "последствия" таких ошибок. Какой продукт синтезируется при этом, какого качества ДНК, РНК или белки? Насколько жизнеспособна клетка с повреждениями разного рода? Как эти ошибки отражаются в целом на клеточной популяции, работе органа или системы органов, организма в целом? Какие повреждающие агенты особенно опасны? В каких дозах? При какой длительности воздействия?
Особенно важны результаты исследований in vivo, поскольку процессы, протекающие в целом организме, особенно организме человека, значительно сложнее, чем процессы в отдельных клетках [2]. Интересно, что каждый уровень организации имеет свои защитные системы, к пониманию функционирования которых мы только приближаемся. Возможно, третичная и четвертичная организация белков — это форма защиты на молекулярном уровне. В клетке такую роль выполняют лизосомы, в организме — иммунная система, повреждение которой может вызвать мощное эндогенное генотоксическое действие. Углубленное изучение систем защиты организма на разных уровнях организации может открыть много нового в этих процессах.
В настоящее время особое внимание уделяется изучению механизма оксидативного стресса, который возникает в ответ на введение во внутреннюю среду организма инородных веществ, частиц или микроорганизмов. При этом возможны вто-
ричные генотоксические эффекты, связанные с действием образующихся эндогенно свободных радикалов. При этом значительно изменяются дозовые и временные эффекты действия мутагенов. В 80-х годах прошлого века это направление было связано с изучением генотоксического действия асбестов и получило название "корпускулярный мутагенез". В настоящее время эти проблемы вновь стали актуальны в связи с изучением нанома-териалов. Микро- и наноразмерные структуры, которые считаются инертными, могут оказывать ге-нотоксическое действие, что требует отдельного изучения [3—5].
Перспективным направлением в области фундаментальных основ генетической токсикологии также является изучение закономерностей и механизмов действия новых факторов, вводимых в среду обитания человека. Среди них можно назвать нанотехнологии и наноматериалы, большой спектр физических факторов, широкий спектр электромагнитного и радиоизлучения в широком диапазоне волн от сверхнизких до гипервысоких, особенности реакций организма на введение в его внутреннюю среду чужеродного генетического материала (ДНК, РНК, стволовых и других клеток) и т.п.
В связи с этим фундаментальные проблемы генетической токсикологии — это проблемы функционирования организма в целом и его отдельных элементов, их взаимодействия и изменения при действии экзогенных и эндогенных факторов, приводящие к формированию генных, хромосомных и геномных мутаций.
Некоторые установленные к настоящему времени закономерности мутационного процесса у человека и нерешенные вопросы генетической токсикологии обобщены в работе академика РАМН Н.П. Бочкова и члена-корреспондента РАМН А.Д. Дурнева [6].
ПРОБЛЕМЫ МЕТОДОЛОГИИ: ГАРМОНИЗАЦИЯ ПОДХОДОВ И МЕТОДОВ ТЕСТИРОВАНИЯ ГЕНОТОКСИКАНТОВ В СООТВЕТСТВИИ С ОБЩЕМИРОВЫМИ ПОДХОДАМИ
Независимо от выяснения механизмов мутагенного действия факторов окружающей среды в области генетической токсикологии стоит задача усовершенствования методологии оценки мутагенных и генотоксических свойств факторов окружающей среды для минимизации или устранения воздействия мутагенов на население и обеспечения сохранности генетического здоровья человека. Возрастание интенсивности мутационного процесса в половых клетках человека приводит к повышению частоты спонтанных
абортов, мертворождений, врожденных пороков, наследственных заболеваний. Мутации в соматических клетках связаны с процессами канцерогенеза, старения, атерогенеза и рядом других патологических процессов [7].
В связи с этим, начиная с 70-х годов прошлого века, обязательным элементом системы всесторонней токсикологической оценки факторов окружающей среды при их регламентировании в среде обитания человека является анализ их мутагенной активности. Разрабатываются международные и национальные методические документы по принципам тестирования мутагенной активности, методам проведения исследований, подходам к использованию результатов тестирования и разработке мер по ограничению или минимизации контакта человека с мутагенами (гигиеническое регламентирование, запрет на использование и т.д.). Развитие знаний в области мутагенеза, генетической токсикологии, гигиены приводит к необходимости периодического пересмотра документов по генетическому тестированию.
Стратегия тестирования мутагенной активности химических веществ при их регламентировании обоснована Н.П. Бочковым и соавт. [8] и утверждена на совместном заседании научных советов АМН СССР по проблемам гигиены и генетики в 1977 г. В результате в нашей стране были разработаны и утверждены в МЗ СССР Методические указания по изучению мутагенной активности химических веществ при обосновании их ПДК в воде [9], а также "Методика обоснования ПДК для веществ, обладающих мутагенным действием" во Временных методических указаниях по обоснованию предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест [10]. В период создания эти методические документы полностью соответствовали международным подходам, как по принципам тестирования, так и по рекомендованным методам и схемам исследований. Однако до сих пор эти документы не пересматривали. В 2003 г. Минздрав РФ утвердил методические рекомендации по оценке мутагенного действия пестицидов [11]. Методические указания по оценке мутагенных свойств наноматериалов предусматривают обязательную оценку их мутагенных свойств, однако требуют корректировки этого раздела [3, 12]. Не разработаны методические документы по оценке мутагенной активности веществ при их регламентировании в воздухе рабочей зоны, по оценке мутагенной активности пищевых добавок и биологически активных веществ. Следует отметить более оптимистичную ситуацию с изучением мутагенных свойств фармакологических веществ, которое является обязательным на этапе их доклинической оценки, а
методические рекомендации регулярно пересматриваются. Последнее издание вышло в 2005 г. [13].
Современный этап развития России, в том числе все большее экономическое сближение с европейскими и другими странами отражаются на состоянии науки в целом и на развитии генетической токсикологии. В практическом отношении присоединение к ВТО ставит перед учеными задачу гармонизации подходов и методов тестирования генотоксикантов в соответствии с общемировыми подходами, в частности Руководствами OECD (ОЭСР, Организации экономического сотрудничества и развития) и правилами надлежащей лабораторной практики (GLP — Good Laboratory Practice).
Международные подходы к оценке мутагенной активности химических веществ в среде обитания человека представлены в виде отдельных руководств ОЭСР:
1. Оценка мутаций c использованием микробных тестов (№ 471 "Bacterial Reverse Mutation Test").
2. Оценка мутаций in vitro (№ 476: In Vitro Mammalian Cell Gene Mutation Test; № 473: In Vitro Mammalian Chromosome Aberration Test; № 487: In Vitro Mammalian Cell Micronucleus Test).
3. Оценка мутаций на млекопитающих in vivo (№ 474: Mammalian Erythrocyte Micronucleus Test; № 475: Mammalian Bone Marrow Chromosome Aberration Test; № 478: Genetic Toxicology: Rodent Dominant Lethal Test).
ОЭСР
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.