РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 5, с. 598-607
^ ОБЩАЯ
РАДИОБИОЛОГИЯ
УДК [577.2+576]:539.1.04
ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТОВ ДЕЙСТВИЯ НЕЙТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С РАЗНОЙ МОЩНОСТЬЮ ДОЗЫ НА КЛЕТКАХ ДРОЖЖЕЙ SAССHAROMYСES РАЗЛИЧНОГО ГЕНОТИПА
© 2007 г. Т. С. Цыб*, Е. В. Комарова, И. В. Малинова, В. И. Потетня
ГУ Медицинский радиологический научный центр РАМН, Обнинск
Проведено сравнение биологического действия одиночного импульса (/имп ~ 65 мкс) и непрерывного нейтронного излучения (/обл ~ 3.6 х 103 с) импульсного реактора БАРС-6 (соотношение мощностей доз в этих режимах облучения ~108) на гаплоидные и диплоидные клетки дрожжей Saccharomyces дикого типа, а также радиочувствительные мутанты, дефектных по различным путям репарации. Не найдено влияния мощности дозы нейтронов на биологическую эффективность их действия по показателю инактивации диплоидных и гаплоидных клеток дрожжей дикого типа и радиочувствительных мутантов rad52/rad52, rad54-1/rad54-1, дефектных по репарации двунитевых разрывов (ДР) ДНК. Величина относительной биологической эффективности нейтронов (ОБЭ) для двух режимов облучения, определяемая отношением Б0у/В0п, для 8 изученных штаммов установлена в диапазоне 1.45-2.08 при максимальном значении ОБЭ (ЙуОп), равным 3.1-4.1 в области низких доз для диплоидных клеток дрожжей дикого типа, способных одинаково эффективно восстанавливаться от повреждений, индуцированных воздействием как нейтронов, так и у-излучения (коэффициенты необратимого поражения К имели близкие значения). Также не выявлено прямой зависимости между величиной ОБЭ нейтронов и способностью клеток к репарации ДР ДНК.
Дрожжевые клетки, радиочувствительные мутанты, нейтроны, мощность дозы, ОБЭ.
Влияние мощности дозы ионизирующих излучений, включая нейтроны, на конечные биологические эффекты издавна привлекает пристальное внимание исследователей. Многочисленные работы проводились с использованием разнообразных биологических объектов, тестов и больших различий в условиях проведения экспериментов (качество излучения, мощность дозы, доза и др.). В результате получены весьма противоречивые данные. Так, показано, что увеличение мощности дозы электронов или у-излучения 60Со на 10 порядков от 0.1 до 2 х 109 Гр/с практически не влияет на инактивацию дрожжей [1]. Облучение диплоидных клеток дрожжей дикого типа одиночным импульсом (5 нс) электронов и в непрерывном режиме с мощностью дозы 100 Гр/мин не выявило различий в индукции ДР ДНК в расчете на геном клетки [2].
Сведения по биологической эффективности нейтронов со сверхвысокой мощностью дозы (до 106 Гр/с) для различных клеточных систем скудны. Не найдено различий в выживаемости гаплоидных клеток дрожжей Saccharomyces и инактивации их ДНК, при воздействии нейтронов реактора "Годива" с мощностью дозы от 1 до
* Адресат для корреспонденции: 249036 Обнинск, Калужская обл., ул. Королева, 4, ГУ МРНЦ РАМН; тел.: (+7 (48439) 7-47-16; тел./факс: +7 (48439) 7-48-64, e-mail: imalin@mrrc.obninsk.ru
108 Гр/мин [3]. Показано, что нейтроны импульсного реактора "ИИН-3" (длительность импульса 2 мс) и у-излучения вызывают образование одинаковых по своей природе свободнорадикальных продуктов основных химических компонентов клетки - воды, липидов, белков, ДНК в тканях органов мышей, облученных in vitro, за исключением более выраженного поражения липидов мембран [4]. Биологические эффекты одиночного импульса нейтронов со сверхвысокой мощностью дозы (106 Гр/с) до последнего времени не изучали.
Впервые такие систематические исследования проведены в МРНЦ РАМН [5, 6] на импульсном двухзонном реакторе БАРС-6 Государственного научного центра РФ - Физико-энергетический институт (г. Обнинск) [7]. Ранее на одной клеточной системе дрожжей Saccharomyces при сравнении биологической эффективности одиночного импульса (длительностью ~65 мкс) нейтронов реактора БАРС-6 с мощностью дозы в импульсе 6 х 106 Гр/с и непрерывного воздействия нейтронов канала Б-3 реактора БР-10 (2.4-3.8 Гр/мин) нами не найдено различий в величине ОБЭ этих двух пучков нейтронов, несмотря на различия в мощности дозы более чем 106 раз [8]. Но учитывая, что нейтроны этих реакторов различались по средней энергии (E ) (1.44 МэВ у нейтронов реактора БАРС-6 и 0.85 МэВ у нейтронов канала Б-3
реактора БР-10) и по вкладу у-излучения в поглощенную дозу - 5% для пучка нейтронов канала Б-3 и 10-20% для нейтронов реактора БАРС-6), сравнение биологической эффективности этих пучков нейтронов представляется недостаточно корректным.
Позже у нас появилась уникальная возможность на той же клеточной системе провести подобные исследования на одном импульсном реакторе БАРС-6 в непрерывном режиме облучения и в режиме одиночного импульса длительностью ~65 мкс со сверхвысокой мощностью дозы в импульсе (до ~6 х 106 Гр/с).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
В экспериментах использовали диплоидные клетки дрожжей дикого типа Saccharomyces vini Мегри 139-В, клетки гомозиготной линии дрожжей Saccharomyces cerevisae: диплоид XS800 (RAD/RAD), гаплоид S288C (RAD) и радиочувствительный мутант XS1898 (rad52-1/rad52-1), а также клетки другой гомозиготной линии SacA. cerevisae: штамм T1 (RAD/RAD) и радиочувствительные мутанты: штамма T2 (rad2/rad2, дефектного по эксцизионной репарации) и штамма T3 (rad54/rad54). Клетки штаммов XS1898 и T3 дефектны по репарации двунитевых разрывов (ДР) ДНК и митотической рекомбинации [9, 10]. Клетки культивировали на среде YEPD (пептон 1%, дрожжевой экстракт 1%, глюкоза 2%, агар-агар 2%) в течение 4 - 5 суток до достижения стационарной стадии роста. Детально условия культивирования дрожжевых клеток описаны в работе [8].
Пластиковые пробирки с 2 мл суспензии клеток в стационарной стадии роста (106 кл/мл) вместе с дозиметрами помещали в пластиковые кассеты, которые располагали (за 1 ч до облучения) на вертикальном стержне на разном расстоянии от средней плоскости активной зоны и на расстоянии 250 мм от оси одной из активных зон (расстояние между осями активных зон составляло 1500 мм), что обеспечивало набор доз облучения от 10 до 800 Гр. Облучение одиночным импульсом и непрерывно проводили с интервалом 24 ч. Важно подчеркнуть, что образцы находились в одинаковых условиях и облучались в одних и тех же дозах, которые при воздействии импульсом сообщались за ~65 мкс, а при непрерывном воздействии за ~3 х 103 с. При этом строго соблюдалась однородность физических факторов пучка: число делений было примерно одинаковым, энергетический спектр нейтронов близок к спектру деления (Еср = 1.2 - 1.4 МэВ), сохранялось соотношение доз нейтронного потока и у-излучения (DJDy). Дозиметрический контроль осуществлялся персоналом реактора при помощи наборов активационных детекторов. Подробно дозиметрические данные описаны в работе [11].
Через 2.5-3 ч после облучения (минимальное время, необходимое по соображениям безопасности) пробирки с суспензией клеток удаляли из реакторного зала, где они находились при комнатной температуре 18-20°С. Проведено 4 эксперимента с двумя режимами облучения. Параллельно часть клеток из той же суспензии облучали у-квантами 60Со на установке "Исследователь" (Россия) с мощностью дозы 60 Гр/мин.
Суспензии облученных и необлученных клеток высевали на питательный агар и культивировали при 30°С 24 ч для определения форм репродуктивной гибели клеток [12] и 5-7 сут для определения выживаемости клеток.
Для описания кривых выживаемости использовали одноударную многомишенную модель летального действия ионизирующего излучения [13], согласно которой кривая выживаемости описывается уравнением:
S(D) = 1 - [1 - exp(-D/DoXT,
где S(D) - выживаемость клеток, n - экстраполя-ционное число, D0 - средняя летальная доза. Оценку параметров кривых выживаемости - значение D0 и n проводили для каждого эксперимента в отдельности. Величину ОБЭ определяли как отношение средних инактивирующих доз (D0) стандартного и нейтронного излучений. Также определяли параметр Dq (квазипороговую дозу, характеризующую величину плеча), который вычисляли как Dq = ln nD0. Коэффициент необратимого лучевого поражения клеток рассчитывали как K = D^Dj, где D^ - эффективная доза, соответствующая плато кривой восстановления; D1 -доза, в которой облучены клетки [12].
Статистическую обработку полученных данных и определение параметров кривых выживаемости проводили с помощью компьютерной программы "Origin 6.0" ("Microcal Software"). Значимость различий оценивали по /-критерию Стьюдента. На рисунках и в таблице приведены величины стандартных ошибок.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1, a приведены кривые выживаемости гаплоидных клеток дрожжей, подвергнутых воздействию у-квантов и нейтронов при разных режимах облучения. Видно, что кривые 1, 2, 3 экспоненциальны и имеют резистентный "хвост" в области высоких доз (на уровне выживаемости 45%). Кривые выживаемости после воздействия у-(кривая 1) и нейтронного излучений (кривые 2, 3) имеют одинаковую форму. Гаплоидные клетки не способны восстанавливаться в непитательной среде после воздействия любого из двух видов излучения (K = 1). Из табл. 1 видно, что для этих клеток нейтроны в 2 раза эффективнее у-излуче-
^
л н о о £ о а я
к *
РР
^
л н о о £ о а я к
Й
га
100
100 г
10
1 -
100 200 300 400
400
100
800 1200 1600 Доза, Гр
о — у-излучение
■ — нейтроны импульсного режима □ — нейтроны непрерывного режима ж — восстановление после у-излучения
— восстановление после одиночного импульса нейтронов
— восстановление после нейтронов в непрерывном режиме
0.01
100 150 200 Доза, Гр
300
0
0
Рис. 1. Кривые выживаемости клеток дрожжей S288C (а), XS800 (6), XS1898 (в), подвергнутых воздействию у-излуче-ния (кривая 1), нейтронов реактора БАРС-6 в импульсном (кривая 2) и непрерывном (кривая 3) режимах, посеянных сразу и после трехсуточного восстановления в непитательной среде при 30°С. Данные 4 экспериментов.
ния по тесту инактивации независимо от режима воздействия. Значение ОБЭ (1.93) сопоставимо с ранее полученной нами величиной ОБЭ (2.1) быстрых нейтронов канала Б-3 реактора БР-10 [14] и величиной ОБЭ (1.8) одиночного импульса нейтронов реактора БАРС-6
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.