№ 17(3956) от 24 апреля 2009:

• Пагуошская конференция в Гааге
• ЮАР-ОИЯИ: новый этап переговоров
• Совет по науке
• Дубна была выбрана не случайно
  ОИЯИ развивает совместные работы с бельгийской фирмой IBA по протонной терапии
• Премия правительства Македонии
• Новые пути развития радиобиологии
• Инженер, исследователь, ученый
  Защита диссертации Н.Д.Топилина
• Ю.А.Усову - 60 лет
• День науки и творчества
  прошел в средней школе №9
• Открытое первенство ОИЯИ
• Анонс
• НОВОСТИ

Версия № 17 в формате pdf (~3.8 Mb)

Премии ОИЯИ: представляем лауреатов

Новые пути развития радиобиологии

Вторую премию ОИЯИ за 2008 год в области экспериментальной физики получила работа "Механизмы мутационного процесса у микроорганизмов при действии излучений с разными физическими характеристиками" (О.В.Белов, А.В.Борейко, Н.А.Колтовая, Е.А.Красавин, А.Ю.Пархоменко - Лаборатория радиационной биологии). Редакция попросила лауреатов представить свою работу на страницах газеты.

Как известно, фундаментальные свойства живых систем связаны с наследственностью и изменчивостью. Одним из главных механизмов, лежащих в основе изменчивости, является мутационный процесс, и изучение механизмов образования мутаций у разных организмов составляет одну из главных задач современной биологии. Эффективным инструментом в расшифровке мутагенеза стали ионизирующие излучения с разными физическими характеристиками. На необходимость и плодотворность применения тяжелых заряженных частиц в изучении механизмов генетического действия радиации давно указывали классики количественной радиобиологии - Н.В.Тимофеев-Ресовский, К.Г.Циммер, Д.Е.Ли. В цикле работ, выполненных в ЛРБ в течение последних 20 лет, изучены механизмы индуцированного мутационного процесса у бактериальных клеток, а также выявлены новые пути репарации, влияющие на чувствительность клеток дрожжей к действию ионизирующих излучений с разными физическими характеристиками.

При решении проблемы генетических эффектов заряженных частиц важно иметь информацию не только о суммарном выходе различного типа мутаций в облученных клетках - исключительный интерес представляют данные о частоте образования как генных, связанных с нарушением триплетного кода ДНК, так и структурных мутаций, обусловленных повреждением структуры хромосом. До последнего времени сравнительное изучение закономерностей образования генных и структурных мутаций у клеток при действии излучений с разными физическими характеристиками не было проведено. Вместе с тем такие исследования представляют не только фундаментальный, но и большой практический интерес. Изучение дозовых зависимостей выхода генных и структурных мутаций у клеток млекопитающих и человека при действии ионизирующих излучений широкого диапазона линейных передач энергии - задача весьма непростая. Она требует привлечения сложных молекулярно-биологических методов, выполнения огромного объема работ. Авторами отмеченного на конкурсе цикла работ впервые проведено детальное сравнительное исследование закономерностей образования генных и структурных мутаций при действии излучений разного качества на клетках бактерий.

В экспериментах на различных видах и штаммах бактерий было показано, что биологическая эффективность ионизирующих излучений с разными физическими характеристиками при действии на клетки с различным генотипом, оцениваемая по различным критериям, детерминирована особенностями передачи энергии излучений, влияющими на характер индуцируемых повреждений ДНК, и эффективностью работы индуцибельных и конститутивных систем репарации клеток. Возрастание биологической эффективности тяжелых заряженных частиц обусловлено увеличением выхода повреждений ДНК, участвующих в формировании радиационно-индуцированных эффектов, и повышением эффективности индуцибельных систем репарации. Было установлено, что закономерности индукции генных и структурных мутаций в клетках бактерий при действии излучений широкого диапазона линейных передач энергии различны. Они обусловлены разным характером повреждений ДНК, вовлекаемых в мутационный процесс, и участием различных систем репарации в образовании генных и структурных мутаций.

На основе полученных экспериментальных материалов была разработана математическая модель образования генных мутаций в клетках кишечной палочки при действии излучений. Впервые в рамках одного модельного подхода был прослежен весь путь от возникновения первичного повреждения структуры ДНК до закрепления его в мутацию. Описание процесса ответа клетки на повреждающее воздействие было выполнено в терминах моделирования сложных генетических сетей. В основу положено представление о решающей роли мутагенной, склонной к ошибкам ветви индуцибельной репарации в фиксации премутационных повреждений ДНК в генные мутации. Было показано, что центральным механизмом в этом процессе является формирование индуцибельного мультиферментного комплекса, включающего ряд ферментов, что приводит к ошибочному синтезу ДНК на поврежденной матрице. С использованием нового подхода представляется возможным прогнозирование поведения системы репарации клеток при различных дозах облучения на заданном временном отрезке.

В экспериментах на дрожжевых клетках были изучены закономерности индукции ионизирующей радиацией мутаций различной природы - замена пар оснований, выпадение нуклеотидов, делеции и крупные перестройки. Полученные данные свидетельствуют о том, что при действии гамма-излучения образуются все типы замен пар оснований.

Формирование мутаций, как известно, определяется не только возникновением первичных повреждений ДНК, но и специализированными биологическими процессами, выработанными клетками для поддержания целостности генетического аппарата. К таким процессам относятся контроль точности копирования генетических структур и репарация повреждений ДНК. Контроль осуществляется сканированием генома, остановкой деления клетки в определенных точках клеточного цикла в случае незавершения предыдущих стадий клеточного цикла или нарушения целостности генома и активацией репарационных процессов. Остановка деления обеспечивает клетке возможность восстановления целостности ДНК. Нарушение этого контроля приводит к повышению частоты образования мутаций и гибели клеток.

У человека повреждение этого регуляторного механизма вызывает серьезные заболевания и часто обнаруживается в раковых клетках. Механизм этого процесса наиболее изучен у дрожжей. В настоящее время найдено порядка двух десятков генов, участвующих в нем, но многие детали регуляции оставались неизвестными.

Специалистами ЛРБ была получена коллекция мутаций, нарушающих стабильность генома. Полученные мутации выделены и изучены, что позволило локализовать их на генетической карте и идентифицировать гены. Как оказалось, к ним относятся гены, кодирующие белки, регулирующие прохождение клеточного цикла и играющие важную роль в метаболизме ДНК. Повреждение этих генов приводит к возрастанию чувствительности клеток к ионизирующей радиации, повышению мутагенеза, нарушению репарации и контроля синтеза ДНК в некоторых точках клеточного цикла. Таким образом, были выявлены новые аспекты функционирования ранее известных генов, относящихся к высоким ступеням иерархии и осуществляющих контроль и регуляцию основных жизненноважных процессов в клетке, в том числе в репарации и контроле синтеза ДНК. Полученные результаты, в силу консервативности организации генетических структур, позволяют предполагать участие соответствующих гомологичных генов человека в тех же процессах и выделить их для тестирования, поскольку нарушение этих генов может быть причиной серьезных заболеваний.