Науки о жизни

О первых экспериментах, проведенных радиобиологами ОРРИ ОИЯИ на нуклотроне, открывшихся перспективах и планах на будущее рассказал начальник ОРРИ профессор Е.А.Красавин:

Все последние годы мы с большим ожиданием следили за созданием нуклотрона в нашем Институте. Область исследований, которой мы занимаемся, - радиационная генетика, радиобиология - связана с использованием тяжелых заряженных частиц. Ускоренные многозарядные ионы являются эффективным инструментом в решении фундаментальных вопросов биологии клетки, многих прикладных медико-биологических задач. Это касается, например, изучения механизмов индуцированного мутагенеза в клетках различных организмов, механизмов репарации ДНК в живых клетках и многих других фундаментальных проблем. С другой стороны, использование тяжелых заряженных частиц высоких энергий, генерируемых ускорителями, позволяет решать многочисленные практические задачи.

Наша область исследований самым тесным образом связана с решением задач, стоящих перед космической радиобиологией. Я уже более 35 лет занят вопросами изучения генетического действия тяжелых заряженных частиц. В космосе присутствует сложный спектр излучений - протоны высоких энергий, генерируемые Солнцем, галактическое излучение, где встречаются ядра практически всей Периодической системы элементов. Интенсивности потоков тяжелых ядер достаточно велики, и при осуществлении длительных космических полетов воздействие тяжелых заряженных частиц на организм космонавтов становится весьма опасным. Особенно вредны ионы группы железа, которые могут вызвать тяжелые последствия, воздействуя, например, на клетки центральной нервной системы, сетчатку глаза, хрусталик, вызывая катаракту. Таким образом, эти практические задачи можно решить, моделируя воздействие космических излучений в земных условиях на ускорителях заряженных частиц. Эти проблемы мы решаем совместно с головной организацией нашей страны в этой области - Институтом медико-биологических проблем, подразделением, возглавляемым профессором В.М.Петровым.

В течение многих лет мы работали на ускорителях тяжелых ионов Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н.Флерова. При поддержке дирекции лаборатории, многих ее специалистов удалось выполнить большой объем работ по изучению генетических эффектов тяжелых заряженных частиц. Эти работы хорошо известны специалистам различных лабораторий мира. В настоящее время наши интересы все более устремляются к изучению генетических эффектов, индуцируемых ядрами более высоких энергий, достигающих нескольких сотен МэВ/нуклон. Это обстоятельство обусловливает наш большой интерес к пучкам тяжелых ядер, генерируемых нуклотроном.

Первая задача, стоящая перед нами в настоящее время, которая будет решаться также совместно с ИМБП. Она связана с изучением влияния малых доз тяжелых заряженных частиц на генетический аппарат клеток и, главным образом, клеток человека. Она заключается в оценке риска возникновения злокачественных новообразований как наиболее тяжелых последствий такого воздействия. Вторая задача - изучение механизмов возникновения катаракты при воздействии тяжелых заряженных частиц. Эти две главные задачи отражены в семилетней программе развития ОИЯИ, которая будет обсуждаться в эти дни на Ученом совете.

У специалистов-радиобиологов ОРРИ накоплен большой экспериментальный материал, который позволяет успешно решать указанные проблемы. В частности, в ходе сотрудничества с коллегами из Института биофизики Академии наук Чехии (Брно) разработаны подходы, которые помогут оценить риск возникновения при малых дозах облучения тяжелыми заряженными частицами хронической миелоидной лейкемии. Как известно, это наиболее грозное отдаленное последствие лучевого воздействия на организм. В настоящее время установлены молекулярные механизмы этого заболевания. Это обмен генами, расположенными в 9-й и 22-й хромосомах, что ведет к образованию так называемых "хромосомных транслокаций" и инициирует злокачественное заболевание крови. Наши специалисты совместно с биофизиками чешского института активно работают над этой проблемой, используя тяжелые заряженные частицы, которые генерирует нуклотрон. В этом смысле нуклотрон - уникальный инструмент для расшифровки механизмов такого заболевания. В семилетней программе это направление работ будет приоритетным.

Второе, новое для нас направление, возглавляемое академиком РАН М.А.Островским, связано с изучением механизма образования радиационной катаракты. Дело в том, что анализ состояния хрусталика глаза астронавтов и космонавтов после полетов выявил значительные изменения. Более того, как полагает один из ведущих специалистов в этой области профессор Колумбийского университета Б.Воргул, прохождение даже одного иона железа космических энергий через ткани хрусталика может инициировать развитие катаракты.

Академиком М.А.Островским разработаны новые подходы к изучению механизма возникновения радиационной катаракты. Исследуя основные белки, составляющие хрусталик, - кристаллины, им исследована кинетика агрегации этих белков, приводящая к развитию катаракты при ультрафиолетовом облучении. В ближайшее время аналогичные опыты будут проведены на пучках тяжелых заряженных частиц нуклотрона. И мы надеемся, что они помогут выявить не только закономерности и механизмы развития лучевой катаракты, но и найти способы, предотвращающие ее развитие.

С нашей точки зрения, нуклотрон действительно является уникальным прибором, который позволяет на мировом уровне проводить исследования в данной области. Радиобиологи ОИЯИ уже выполнили ряд экспериментальных исследований на пучках протонов, ионов углерода и планируют следующий сеанс экспериментов с ускоренными ионами магния. При проведении этих работ исключительно важную роль играет прецизионная дозиметрия пучков. Эту работу осуществляют физики отдела радиационных исследований ОРРИ.

Радиобиологические исследования на пучках нуклотрона встречают полное понимание и активную поддержку со стороны директора лаборатории А.И.Малахова и главного инженера А.Д.Коваленко. А мы ждем от физиков ЛВЭ успехов в ускорении пучков ионов железа в наступившем году.

Ученый секретарь ОРРИ Г.Н.Тимошенко - руководитель группы специалистов, осуществляющих физико-дозиметрическое обеспечение радиобиологических экспериментов:

Эффективность биологического воздействия излучения на человека связана с линейной передачей энергии частиц. Очень широкий диапазон энергий частиц, получаемых на нуклотроне, позволяет реализовать величины линейных передач энергий от долей единицы до сотен кэВ/мкм и это создает просто уникальные возможности для исследований в области радиационной генетики. В настоящее время нуклотрон находится в стадии развития, и его возможности будут расширяться за счет ускорения пучков более тяжелых элементов, совершенствования характеристик пучков. В наших исследованиях предъявляются повышенные требования к самим пучкам и к измерениям их характеристик.

Весной у нас появится возможность проводить эксперименты с пучками магния, а в конце года, очень надеемся, - и с пучками железа, что позволит дать ответы на многие вопросы.

Только самые добрые слова можно сказать в адрес руководства ЛВЭ, которое всегда идет нам навстречу, учитывает наши пожелания. В следующем году мы открываем новую тему, и центральное место в ней займут эксперименты на нуклотроне.

P.S. О первых радиобиологических экспериментах на нуклотроне Е.А.Красавин рассказал на конференции по космической радиобиологии в Японии в марте 2002 года, где нуклотрон был заявлен как машина, позволяющая решать сложные задачи, стоящие перед этой областью науки. Это произвело большое впечатление на специалистов из разных стран и, прежде всего из США, которые до недавнего времени весьма скептически относились к возможности физического пуска нуклотрона и в его устойчивой работе на эксперимент.

Ольга ТАРАНТИНА