Как выглядит мутаген. Бытовые факторы мутагенеза

Все чаще современный человек задумывается о безопасности окружающей его обстановки, о том, как уберечь здоровье от воздействия всевозможных вредных факторов. Между тем, мало кто знает: враги человеческого организма скрываются совсем рядом, в безобидных с виду предметах постоянного обихода – продуктах питания, бытовой химии, косметике. Токсические вещества обнаруживаются даже в товарах, предназначенных для детей. И хотя большинство производителей указывает ингредиенты на упаковках, многие ли читают эти длинные и непонятные на первый взгляд слова, напечатанные мелкими буковками? Но если вы всерьез думаете о собственном здоровье и здоровье родных людей, разумно разобраться в проблеме и подходить к выбору той продукции, которую вы приносите в свой дом, осознанно.

В чем заключена опасность?

В человеческом организме, когда он взаимодействует с теми или иными веществами, могут происходить различные изменения. В ряде случаев это укрепление жизненных сил, улучшение здоровья (например, при правильном приеме витаминных препаратов); в других случаях – ослабление организма или даже причинение ему серьезного вреда. К числу наиболее опасных относят канцерогенные и мутагенные вещества.

Канцерогены – это вещества, провоцирующие или стимулирующие появление и развитие опухолевых клеток. Проникая в организм любым способом: вместе с пищей, воздухом, через кожу – они запускают процесс патологического деления клеток, который приводит к злокачественным новообразованиям. В зависимости от устойчивости организма, воздействие канцерогенов может быть более или менее выраженным; особенно опасны такие вещества для детей, защитные механизмы которых еще несовершенны, а также для людей, у которых уже имеются проблемы со здоровьем.

Мутагенные вещества, проникая в клетку, вызывают ее изменения на генном уровне. Каков будет результат этих изменений, зависит от особенностей организма и характера соединения, обладающего мутагенным действием.

Некоторые химические соединения являются сильными аллергенами, вызывают кожные раздражения, зуд, отеки. Другие, в связи с высокой токсичностью, способны нарушать функции различных органов и систем человека, проникая через слизистые оболочки или кожный покров, попадая в организм вместе с едой или вдыхаемым воздухом.

Конечно, концентрация вредных веществ в составе того или иного косметического продукта или средства для ухода за домом может быть незначительной. Но не стоит забывать, что кремами, шампунями, моющими и чистящими средствами современный человек пользуется ежедневно, а многие токсические вещества способны накапливаться в организме. Поэтому понятно и естественно желание обезопасить свой дом за счет внимательного и избирательного отношения к используемым в нем товарам.

Каковы наиболее опасные вещества?

Изучая состав выбранного средства, обратите внимание на входящие в него следующие химические вещества и соединения:
Sodium lauryl sulfat (SLS), лаурилсульфат натрия; Sodium laureth sulfat (SLES), лауретсульфат натрия . Эти вещества, как правило, производят из кокосовых орехов, что дает производителям моющих средств возможность говорить о «натуральности» своей продукции. Тем не менее, SLS и SLES являются сильными аллергенами, а кроме того, обладают способностью легко преодолевать защитные кожные барьеры и накапливаться в организме. Если концентрация их достигает значительного уровня, возникают токсические поражения печени, мозга, глаз.
Dimethylol Dimethol Hydantoin (DMDM), Imidazolidinyl Urea , производные формальдегида, применяемые в качестве консервантов в косметике. Могут вызывать раздражения кожи, аллергические реакции; обладают токсическими свойствами и являются потенциальными канцерогенами.
Benzene , бензол. Это вещество чрезвычайно токсично. Обладает мутагенными и канцерогенными свойствами. Используется при производстве косметики.
Polyoxethylene, polyethylene glycol, polyether glycol, polygocol (PEG) включаются в состав косметических средств, создавая эффект увлажнения кожи за счет образования на ней пленки, нарушающей нормальное функционирование кожного покрова. Токсичны; вызывают кожные раздражения. Накапливаясь в организме, эти вещества разрушительно влияют на сосуды, печень, центральную нервную систему.
Petrolatum , петролаты. Являясь, по сути, техническими маслами, эти вещества препятствуют нормальному газообмену кожи, выведению токсинов. Могут провоцировать кожные воспаления.
Talc , тальк. Современными исследованиями подтверждено, что тальк является сильным канцерогеном, способным вызывать рак легких, рак яичников (при использовании на половых органах).
Lanolin , ланолин. Нередко применяется при производстве косметики. Может вызывать аллергию; препятствует нормальному функционированию кожи, забивая поры.

Это лишь малая часть содержащихся во многих косметических и моющих средствах химических веществ, способных нанести вред организму человека, однако в составе такой продукции доля этих веществ, как правило, достаточно высока.

Каковы меры предосторожности?

Разумеется, современный человек уже не может полностью отказаться от использования шампуней, дезодорантов, кремов, парфюмерии, и прочих моющих средств. Но вполне реально, принимая решение о покупке и использовании косметики и бытовой химии, изучить ее состав и сделать выбор в пользу наиболее безопасной продукции.

Необходимо категорически отказаться от приобретения любых товаров, если производителем не указан их состав – ведь в таком случае потребитель лишен достоверной информации о свойствах продукции. И, конечно же, не стоит слепо доверять утверждениям о «натуральности» косметики и «природных компонентах» в ее составе, поскольку на практике большинство из таких компонентов оказывается искусственно синтезировано и не всегда безвредно.

2011 — 2014, . Все права защищены.

Мутагены -- физические и химические факторы воздействие которых на живые организмы вызывает изменения наследственных свойств (генотипа). Мутагены разделяются на: физические (рентгеновские и гамма-лучи. радионуклиды, протоны, нейтроны и пр.), физико-химические (волокна, асбест), химические (пестициды, минеральные удобрения, тяжелые металлы и др.). биологические (некоторые вирусы, бактерии).

За всю историю своего развития человечество накопило (главным образом за счет естественного мутационного процесса) так называемый генетический груз, проявляющийся в наследственных, генетически обусловленных заболеваниях. Здоровье нынешних будущих поколений людей в значительной степени зависит от того, какой генетический груз получен в наследство от предыдущих, какое количество мутаций накоплено человечеством.

На данный момент известно около 2 тысяч генетических дефектов, затрагивающих только часть общего числа локусов в геноме, а так как считается, что за поколение естест-венно возникает немногим более одной генной мутации (в геноме), частота их в среднем мала (на ло-кус за поколение) и не может угрожать существованию популяций, При этом примерно четверть общего объема мутаций обусловлена энергией естественного фона ра-диации. Вместе с тем генные мутации, обусловливающие небольшие биохимические аномалии в организме, воз-можно, более часты.

Проблема заключается в том, что ускорение частоты мутаций ведет к увеличению числа особей с врожденными дефектами и вредными отклонениями, передающимися по наследству, причем мутации в неполовых (соматических) клетках, как правило, могут вызывать рост злокачественных новообразований (спонтанный рак). Расчеты показывают (Н. Дубинин, 1958), что удвоение частоты мутаций настолько увеличивает объем генетического груза, что это может стать опасным для существования популяций.

Существует выход из такого кризисного состояния -- это путь эволюционных изменений, однако приспособление к мутагенам в процессе отбора требует от популяции огромного числа генетических жертв и времени. В особенности видам, представленным сравнитель-но малым числом особей, с медленной сменяемостью поколений, труднее было бы приспособиться к высокому мутагенному фону среды,

Больше шансов на выход из генетического кризиса, обусловленного ростом мутагенных загрязнений (повышением темпа мутаций), имеют биологические виды с высокой численностью особей, с быстрой сменяемостью поколений, например микроорганизмы, Хорошо известно явление резистентности их к широко распространенным антибиотикам, сульфаниламидным препаратам, так же как и появление устойчивых к пестицидам рас бактерий, грибов, насекомых.

Главная опасность загрязнения окружающей среды мутагенами, как полагают генетики, заключается в том, что вновь возникающие мутации, не «переработанные» эволюционно, отрицательно повлияют на жизнеспособность любых организмов. И если поражение зародышевых клеток может привести к росту числа носителей мутантных генов и хромосом, то при повреждении генов соматических клеток возможно возрастание числа раковых заболеваний. Более того, существует глубокая связь различных на первый взгляд биологических эффектов.

Например, мутагены окружающей среды влияют на величины рекомбинаций наследственных молекул, являющихся также источником наследственных изменений. Возможно и влияние на функционирование генов, что может быть причиной, например, тератологических отклонений (уродств), наконец, вероятны поражения ферментных систем, что изменяет различные физиологические особенности организма, вплоть до деятельности нервной системы, а, следовательно, сказывается и на психике. Генетическая адаптация популяций человека к возрастающему загрязнению биосферы мутагенными факторами принципиально невозможна.

В отличие от грубых хромосомных повреждений наследственного материала точковые генные мутации, обладающие способностью накапливаться в поколениях, представляют основную трудность для обнаружения в популяциях. Выявление их важно именно потому, что такие мутации будут в значительной мере ответственны за проявления генетического груза в ближайших поколениях.

Определенные перспективы прямой регистрации генных точковых мутаций создает возможность слежения за изменениями в строении редких и мономорфных белков (Н. Дубинин, Ю. Алтухов, 1975). Как показано Ю. Алтуховым, спонтанные мутации приводят к изменению таких белков, и метод улавливает скрытые (в гетерозиготе) вновь возникшие мутации у особей. А это необходимо как для выявления новых мутаций, вызванных загрязнением окружающей среды, так и для оценки изменений темпов мутирования, объема генетического груза, а тем самым и генетических последствий.

Прежде всего необходимо оценить мутагенность различных загрязнений на высокочувствительных биологических тест-системах, в том числе и тех, которые могут поступить в биосферу, и если риск для человека доказан, то принимать меры для борьбы с ними.

Формируется задача скрининга -- просеивания загрязнений с целью выявления мутагенов и выработки специального законодательства для регулирования их поступления в окружающую среду. И таким образом, контроль генетических последствий загрязнения в комплексе содержит в себе две задачи: испытание на мутагенность факторов среды различной природы и мониторинг популяций.

На данный момент в мире уже имеется большое число квалифицированных лабораторий, в которых проводятся достаточно точные испытания. Только за последнее десятилетие предложено свыше трех десятков тест-систем, часть которых предназначена для выявления точковых мутаций. Задача состоит в разработке комплексных тест-систем, которые могли бы давать ответ на вопрос, в каких условиях потенциально мутагенные факторы могут стать действующими -- в зависимости от каких путей попадания в организм и особенностей внутриклеточного обмена веществ, активирующего или, наоборот, подавляющего мутагенный эффект. Комплексные наборы биологических тест-систем для массового скрининга предназначены для выявления всех типов мутационных повреждений хромосом и генов и должны быть чувствительны к малым дозам мутагенов. Ведь последствия суммарного и длительного воздействия низких доз мутагенов создают наибольший вклад в увеличение генетического груза: достаточные для индукции точковых мутаций, способных накапливаться в поколениях, они к тому же наиболее распространены в окружающей среде.

Источником мутагенных соединений являются некоторые пищевые продукты. Мутагены поступают в организм человека прямым путем (некоторые безалкогольные напитки и др.), или пройдя через пищевую цепочку. Развитие технологии консервирования ставит потребителей в условия непосредственного контакта с мутагенами: формалином, пропиленом гликолем, гексаметилентетрамином, нитратом калия, нитратом натрия и др. В своей совокупности современная мировая консервная промышленность представляет существенный источник мутагенов для человека в связи со слабым государственным санитарным контролем во многих странах. До недавнего времени в Японии среди ряда широко распространённых пищевых консервантов широко использовался агент АF-2/транс-2/фурин-3-/5-нитро-2-/фурил/-акриламид, подавляющий рост бактерий в соевом молоке и в рыбных сосисках. В 1973 г. японские специалисты – члены «Японского общества мутагенов среды» сообщили, что этот консервант вызывает широкий спектр мутаций на ряде тест-систем, начиная от бактерий до культур клеток человека. Выявлены также и канцерогенные свойства этого соединения. Федеральное управление по качеству пищи и лекарств США запретило использование АF-2 и выразило большую озабоченность в связи с возможной мутагенной активностью многих лекарственных средств, консервантов и пищевых добавок, очень широко используемых фирмами медицинской и пищевой промышленности США (De Serres, 1974).

Так, например, на мясном рынке особым спросом пользовался нитрат натрия. Помимо того, что он обладал хорошими консервирующими свойствами, он ещё придавал мясу свежий, сочный, красный цвет. Такое, “аппетитно” выглядевшее мясо, быстро раскупалось. Парадное шествие этого консерванта по кухням мира остановили генетики, обнаружившие у него способность повреждать геном соматических и половых клеток.

Весьма актуальными являются вопросы радио-стерилизации пищевых продуктов. При этом продукты питания не только предохраняются от преждевременной порчи, но и обезвреживаются (как, например, мясо кур от сальмонелл и т.п.). Корнеплоды после радиационной обработки даже в условиях тепла и влажности длительное время не подвергаются гниению и не прорастают. После 1963 г. в США использовалось кратковременное, но мощное излучение кобальта-60 и др. источников для обработки некоторых мясных продуктов, когда нет возможности использовать для хранения холодильные установки. Однако в 1968-1971 гг. из-за отсутствия четких данных о полной безопасности такого облучения широкое применение этого метода было прекращено. В результате облучения высокими дозами лучевой энергии в продуктах могут появиться эпоксиды, хитоны, пероксиды, гидроксиалкилпероксиды и др., которые, как указывалось выше, являются мутагенами. Тем не менее, этот перспективный метод стерилизации продуктов заслуживает тщательного изучения, так как его использование равносильно значительному повышению урожайности сельскохозяйственных культур, увеличению производства мяса и др.

В последнее время особое внимание обращают на мутагенность питьевой воды. Вода, используемая для питья, содержит небольшое количество органической примеси. При обеззараживании воды к ней добавляют хлор. В результате реакции хлора с органическими веществами образуются хлорорганические соединения, обладающие мутагенной активностью (например, тригалометаны) [Ревазова Ю.А., 1994].

Мы уже подчёркивали, что в жаренном мясе и рыбе содержатся мутагены. Возникают они в результате пиролиза триптофана и некоторых других органических соединений. Необработанные термически продукты также могут содержать мутагены. Так мутагены найдены в некоторых видах бобовых, неочищенном хлопковом масле, чёрном перце, грибах и некоторых других продуктах.

В начале 80-х г. в фермерском хозяйстве США обнаружили одинаковые врожденные дефекты у новорожденного ребенка, выводка щенят и козлят. Тщательные исследования показали, что в период беременности женщина и собака употребляли молоко, полученное от домашних коз. которых кормили люпином. Анализ люпина показал наличие в нём мутагенов. В настоящее время внедрены новые сорта люпина, в которых мутагенов практически нет.

В целом по некоторым оценкам человек в день с пищей, водой и воздухом получает примерно 2-3 гр. мутагенов [Ревазова Ю.А., 1994]. В связи с ухудшающейся экологической обстановкой количество мутагенов способных попасть в организм человека, будет постоянно увеличиваться.

На международном съезде медицинских генетиков выступила исследовательница из Канады. Областью её интересов было изучение мутагенной активности лекарственных соединений. Она предложила участникам съезда прислать ей в президиум записки, с перечислением лекарственных веществ, находящихся в карманах у мужчин и сумочках женщин. Анализ присланных записок показал, что в карманах мужчин содержится одно какое-либо лекарство. Это были в основном сердечные препараты и препараты, уменьшающие табачный и алкогольный запах изо рта. В сумочках женщин оказалось по 3 препарата. Спектр их был очень разнообразен. Но чаще всего присутствовал аспирин и лекарства против головной боли. Всё это свидетельствует о том, что лекарства стали необходимым компонентом нашей среды обитания.

К числу лекарств обладающих мутагенным эффектом прежде всего необходимо отнести противоопухолевые препараты. Особенно опасны алкилирующие соединения. Есть сведения, что при лечении основных опухолей эти препараты способствуют возникновению вторичных раковых очагов. Такие антибиотики как пенициллин, стрептомицин и тетрациклин повышают уровень различных аберраций в опытах на животных, растениях и микроорганизмах. Мутагенную активность показали и широко применяемые аспирин и амидопирин.

В области косметики среди различных препаратов благодаря широкому применению высокочувствительных тестов было найдено, что большинство коммерческих красителей волос, поступающих в США, Англию, Японию имеют значительный мутагенный потенциал. Только в США 89% (150 из 169 исследованных рецептур) коммерческих красителей окислительного типа являются мутагенными для сальмонелл. В Японии их оказалось 82%. Опасность усугубляется тем, что кожа головы представляет собой идеальную всасывающую поверхность. Поэтому при обесцвечивании волос, например, перекисью водорода, значительная часть этого мутагена попадает в организм, индуцируя различные повреждения в генетическом аппарате клеток. Понятно, что женщинам детородного возраста лучше не употреблять это чрезвычайно опасное соединение.

Приведём некоторые данные из обзора Долла . На основании анализа большого числа фактов, автор считает доказанным причину возникновения около 20 различных форм рака. Так, выяснена связь между возникновением аденокарциномы у молодых женщин, матери которых принимали стильбэстрол. У женщин, которые использовали в качестве противозачаточных средств стероидные гормоны, наблюдались опухоли печени. Известна роль алкоголя в возникновении рака рта, глотки и носоглотки. Процент возникновения рака этой локализации обычно высокий у содержателей баров, официантов и всех работающих с алкоголем. Однако, остается не ясным сам ли алкоголь провоцировал возникновение опухолей или это были другие компоненты алкогольных напитков. Доказанным является факт, что у пьющих и курящих лиц риск заболеть на 50 % больше, чем у только пьющих или только курящих. Это подтверждается многочисленными исследованиями, что алкоголь усиливает мутагенную и канцерогенную опасность различных соединений. До сих пор имеются противоречивые данные по поводу мутагенности кофеина. Исследователи согласны в одном, большие дозы кофеина обладают мутагенным и канцерогенным действием.

Мутагены (от лат. mutatio - изменение и греч. -genes-рождающий, рожденный), химические и физические факторы, вызывающие наследственные изменения - мутации. Мутагенами могут быть различные факторы, вызывающие изменения в структуре генов, структуре и количестве хромосом. Действие мутагенов, рассеянных в окружающей среде, вызывает увеличение частоты возникновения мутаций, что ведет к росту так называемого генетического груза, выражающегося в увеличении наследственной патологии, а также частоты онкологических заболеваний.

Еще в 1925 г. российские генетики Г.А.Надсон и Г.С.Филиппов показали, что при облучении дрожжей лучами радия возникают разнообразные новые формы, в 1927 г. Г.Меллер показал на дрозофиле, хорошо изученной к тому времени генетиками, что под действием рентгеновских лучей у дрозофил возникают мутации. Мутагенез - возникновение мутаций– внезапных качественных изменений генетической информации. Термин «мутация» был предложен голландским ученым де Фрисом (Н.de Vries) в 1901г.

Мишенью действия мутагенов в клетке являются главным образом ДНК и, возможно, некоторые белки. К последним относят в основном белки, играющие структурную роль в организации генома или принимающие участие в репликации (самовоспроизведении молекулы нуклеиновых кислот), рекомбинации (перераспределении генетического материала родителей в потомстве) или репарации (восстановлении поврежденной структуры ДНК).

Для устранения первичных повреждений генетических структур, вызванных мутагенами, в клетке существует ряд систем восстановления, или репарации, генетических повреждений. В настоящее время таких систем насчитывается более десяти. Однако в ходе репарации часть первичных повреждений может остаться и привести к возникновению мутаций.

Классификация мутагенов и их характеристика

По происхождению мутагены классифицируют на эндогенные, образующиеся в процессе жизнедеятельности организма и экзогенные– все прочие факторы, в том числе и условия окружающей среды. По природе возникновения мутагены классифицирует на физические, химические и биологические. Физическими мутагенами называются любые физические воздействия на живые организмы, которые оказывают либо прямое влияние на ДНК или вирусную РНК, либо опосредованное влияние через системы репликации, репарации, рекомбинации. Первые физические мутагены, открытые учеными, - это разные виды излучений: ионизирующее излучение, радиоактивный распад, ультрафиолетовое излучение.

Первичный эффект ионизирующих и ультрафиолетовых излучений заключается в образовании одиночных или двойных разрывов в молекуле ДНК. Ультрафиолет сильно поглощается тканями и вызывает мутации лишь в поверхностно расположенных клетках многоклеточных животных, однако на одноклеточных он действует эффективно. Мутагенное действие ультрафиолета было установлено в 1931 г. А.Н.Промптовым.

Другими физическими мутагенами являются частицы разной природы, имеющие высокую энергию: это альфа- и бета-излучения радиоактивных веществ и нейтронное излучение. В случае прямого влияния на ДНК основную роль играют два параметра: величина энергии воздействующей частицы и способность биологического материала поглощать эту энергию. Повреждения ДНК могут быть двух типов: двунитевые и однонитевые разрывы.

Мутации может вызывать также высокая или низкая температура. В 1928 г. Меллер показал, что повышение температуры на 10 градусов по С повышает частоту мутаций у дрозофил в 2-3 раза. Зная способ действия этих мутагенов, можно было предположить, что они должны действовать на ДНК любых организмов. И действительно, вскоре было обнаружено, что например, рентгеновские лучи вызывают мутации у самых разных животных, растений и микроорганизмов.

Выяснено, что мутации, вызванные излучениями, могут затрагивать любые признаки организма, так как квант излучения или частица с высокой энергией чисто случайно может повредить любой участок ДНК. Число возникающих мутаций тем больше, чем выше интенсивность излучения, то есть чем больше квантов или частиц попало в клетку в единицу времени. Также было показано, что физические факторы вызывают те же мутации, которые возникают и при спонтанном мутагенезе.

У высших живых существ есть вещества, ослабляющие действие излучения – фотопротекторы, а многие растения содержат алкалоиды и кумарины, они усиливают процессы, вызванные радиацией и эти вещества опасны для животных. Физические мутагены и их действие сильно зависит от предварительной эволюции организма. К постоянно действующим мутагенам виды выработали устойчивость. Физический мутагенез может не регистрироваться из-за быстрой гибели мутантных организмов.

К химическим мутагенам относятся многие химические соединения самого разнообразного строения. Наибольшую мутагенную активность проявляют различные алкилирующие соединения, а также нитрозосоединения, некоторые антибиотики, обладающие противоопухолевой активностью. Химические мутагены делят на мутагены прямого действия (соединения, реакционная способность которых достаточна для химической модификации ДНК, РНК и некоторых белков), и мутагены непрямого действия (промутагены - вещества, которые сами по себе инертны, но превращаются в организме в мутагены, в основном в результате ферментативного окисления).

Мишенью действия мутагенов в клетке являются ДНК и некоторые белки. Ряд мутагенов вызывают мутации, не связываясь ковалентно с ДНК. В этом случае матричный синтез на ДНК протекает с ошибками. В синтезируемой нити ДНК оказывается на один нуклеотид больше или меньше обычного и возникают мутации. Существуют мутагены, ингибирующие синтез предшественников ДНК. В результате происходит замедление или даже остановка синтеза ДНК. Мутагенные и канцерогенные свойства химических веществ тесно связаны между собой. Поэтому выявление возможных мутагенов в окружающей среде, испытание на мутагенность продуктов промышленного синтеза (красители, лекарственные средства, пестициды и др.) - важная задача современной генетики.

Установлено, что мутагенной активностью обладает несколько тысяч химических соединений. Однако в отличие от ионизирующего и ультрафиолетового излучений для химических мутагенов характерна специфичность действия, зависящая от природы объекта и стадии развития клетки. При взаимодействии химических мутагенов с компонентами наследственных структур (ДНК и белками) возникают первичные повреждения последних. В дальнейшем эти первичные повреждения ведут к возникновению мутаций.

Химические мутагены:

Окислители и восстановители;

Алкилирующие агенты и пестициды;

Некоторые пищевые добавки;

Продукты переработки нефти и органические растворители;

Лекарственные препараты.

К биологическим мутагенам относят ДНК- и РНК-содержащие вирусы, некоторые полипептиды и белки, например О-стрептолизин и ряд ферментов рестриктаз, а также препараты некоторых ДНК и определенные плазмиды. Механизмы образования мутаций при действии различных биологических факторов не вполне ясны, однако агенты, содержащие нуклеиновые кислоты, могут вызывать нарушение процессов рекомбинации, что приводит к возникновению мутаций. Действие рестриктаз сводится к «разрезанию» цепей ДНК в месте (локусе) определенной последовательности нуклеотидов, специфичном для каждой рестриктазы.

Биологические мутагены:

Специфические последовательности ДНК – транспозоны;

Некоторые вирусы (вирус кори, краснухи, гриппа);

Продукты обмена веществ (продукты окисления липидов);

Транспозоны– один из классов мобильных элементов генома которые, встраиваясь в геном, могут вызывать мутации, в том числе и такие значительные как хромосомные перестройки. Они играют важную роль в процессах переноса лекарственной устойчивости среди микроорганизмов, рекомбинации, и обмена генетическим материалом между различными видами как в природе так и в ходе генно-инженерных исследований.

Опасность загрязнения окружающей среды мутагенами

Во второй половине ХХ века над биосферой нависла угроза загрязнения мутагенами. Любая популяция способна выдержать лишь определенный груз мутаций. Увеличение частоты мутаций может привести к снижению устойчивости популяций из-за нарушения генетического гомеостаза. Необходимо дальнейшее усиление эколого-генетического мониторинга – контроля за состоянием окружающей среды на популяционно-генетическом уровне. В качестве профилактических мер следует использовать развитие «безотходных» технологий, ограничение производства веществ с мутагенным действием, усиление всех видов контроля за состоянием потенциально опасных предприятий: АЭС, химические и микробиологические производства, научно-промышленные установки биотехнологического характера.

Существуют факторы, которые снижают частоту мутаций – антимутагены. К антимутагенам относятся некоторые витамины–антиоксиданты (например, витамин Е, ненасыщенные жирные кислоты), серосодержащие аминокислоты, а также различные биологически активные вещества, которые повышают активность репарационных систем. Установлено, что мутагены при определенных условиях оказывают канцерогенное и тератогенное действие.

Канцерогены – это факторы, провоцирующие развитие онкологических заболеваний; тератогены – это факторы, провоцирующие развитие различных аномалий, уродств. Тератогенный эффект дают многие лекарственные препараты. Например, в 1960-е гг. на Западе широко использовалось снотворное талидомид, применение которого привело к рождению большого числа детей с недоразвитыми конечностями. Наряду с тератами – уродствами – часто встречаются морфозы – изменения, которые не ведут к утрате органом его функций.

Отличить мутагенное действие от тератогенного сравнительно легко: тераты (уродства) являются ненаследственными модификациями, они предсказуемы (направлены) и не сохраняются в последующих поколениях. Например, серая окраска тела у дрозофилы – это нормальный признак. В то же время известна мутация yellow – желтое тело (эту мутацию легко получить искусственно, обрабатывая родительских особей различными мутагенами; при этом разные мутагены могут давать одинаковый фенотипический эффект). Если же личинкам дрозофилы добавлять в корм азотнокислое серебро, то все эти личинки разовьются в мух с желтым телом.

Но, если от этих желтых мух получить потомство и выращивать его на обычной питательной среде, то все потомки вновь станут серыми. Таким образом, в данном случае «пожелтение» тела мух – это не мутация, а модификация, или фенокопия (модификация, по фенотипу копирующая мутацию); азотнокислое серебро в данном случае является не мутагеном, а тератогеном.



Доктор биологических наук С. ЗАРУБИН.

Почему взрывы атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки не привели к значительному росту наследственных отклонений? Больше всего мутагенов - веществ, повреждающих наследственность, - мы "съедаем" с пищей. Мыши, выросшие в стерильной среде, лишены иммунитета и беззащитны перед мутагенами. Табачный дым усиливает работу гена, ответственного за повреждение наследственного вещества клетки.

Знаменитая "габсбургская губа", наследовавшаяся в нескольких поколениях потомков австрийского королевского дома, - тоже результат мутации.

По сравнению со здоровыми людьми (1), у пациентов с заболеваниями легких (2) снижена работа системы защиты ДНК (белый столбик) и повышена чувствительность к мутациям (заштрихованный столбик).

Вскоре после того, как Антони ван Левенгук изобрел микроскоп, люди осознали: они живут в мире мельчайших живых существ - микробов. Только в одном человеческом организме их так много, что на каждую клетку приходится около десяти микробов. Среди них немало болезнетворных. Почему же человек не так уж часто болеет инфекционными заболеваниями? К счастью, у людей есть специальные механизмы, обеспечивающие защиту от микробов. Более того, выяснилось, что многие микроорганизмы необходимы для нормальной жизни и успешного развития каждого человека.

История открытия и исследования мутагенов - веществ, изменяющих наследственную природу клеток - очень похожа на историю взаимоотношений человека и микроорганизмов. Когда разработали методы обнаружения мутагенов, выяснилось, что они сопровождают людей повсюду: образуются при приготовлении пищи, входят в состав косметических и лекарственных средств, препаратов бытовой химии, обрушиваются на нас на улице в виде выхлопных газов автомобилей и промышленных выбросов, мы контактируем с ними на производстве. А уж как возрастает концентрация мутагенов в случаях аварий на химических комбинатах или атомных электростанциях, известно всем. Но после каждой аварии жизнь постепенно входит в колею. И даже ядерные бомбы, взорванные над Хиросимой и Нагасаки, не привели к заметному увеличению наследственных уродств у населения Японии.

Все это заставляет предположить, что в организме имеется особая система защиты наследственности, препятствующая чрезмерному увеличению частоты мутаций. Не будь ее, жизнь на Земле давно бы угасла.

Из чего же складывается эта система защиты?

Три уровня защиты

В каждом живом существе, от простейших до человека, работает особая система защиты генов. Она осуществляется на уровне клеток, организмов и популяций - природных сообществ.

На клеточном уровне работает система "починки" повреждений в генах. На уровне организма "выбраковку" клеток с мутацией осуществляет иммунная система. На уровне популяции включается иной механизм: особи с мутациями чаще всего погибают, выживают лишь те, которые обладают какими-то преимуществами.

Но прежде, чем начнется отсев, то есть вступит в действие "меч", организм выставляет вперед "щит": системы, которые не дают мутагенам проникнуть в организм. Эти системы задерживают передвижение мутагена и обезвреживают его до того, как он успевает "добраться" до молекул наследственности (ДНК).

Первый щит - кожа

Первыми встречают мутагены кожа или слизистые оболочки. В зависимости от своей химической структуры мутагены могут "просачиваться" между клетками кожи, проходить сквозь клетки глубокого слоя кожи - эпидермиса, потовые и сальные железы или через волосяные фолликулы. Поры кожи - специальные каналы, через которые кожа дышит - мало участвуют в этом процессе, так как их площадь очень невелика (10 -3 м 2).

Уже в глубоких слоях кожи часть мутагенов оседает, задерживается - благодаря тому, что они соединяются с белками клеток эпидермиса или с клетками жировой ткани. Такое связывание играет двоякую роль: с одной стороны, продвижение мутагенов приостанавливается, и их концентрация в крови нарастает не столь стремительно. Но с другой стороны, в коже создается депо мутагенов, откуда они в течение длительного времени могут переходить в кровь. Некоторые заболевания или стрессы приводят к внезапному выбросу из такого депо большого количества мутагенов, и тогда организм уже не в состоянии противостоять их мощному натиску.

Водорастворимые мутагены проходят через кожу с трудом, жирорастворимые - сравнительно легко. Известно, что растительные масла по-разному проникают сквозь кожу: быстрее всех "просачивается" касторовое, потом подсолнечное, скипидарное, эвкалиптовое, грушевое, лимонное, сосновое, лавандовое, коричное и, наконец, масло перечной мяты. Если мутагены растворяются в маслах или жирах, они минуют первый "щит" легче.

Скорость прохождения веществ через кожу зависит во многом от ее физиологического состояния. Проницаемость кожи резко повышается при увеличении температуры, изменении кислотности, увлажнении, при облучении, смазывании кожи раздражающими препаратами, усиливающими кровоток.

По-разному работает "пропускная система" и на разных участках кожи. В так называемых активных точках, широко используемых в восточной медицине как точки для иглоукалывания, - она наибольшая. Попав в такую зону, мутагены гораздо легче проникают в организм.

Второй щит - слизистая

Через дыхательные пути в организм поступают выбросы химических и других промышленных предприятий, выхлопные газы автомобилей, распыляемые над полями пестициды, табачный дым, бытовые препараты в виде аэрозолей и просто бытовая пыль. В них содержатся разного рода газообразные мутагены, которые уже в носу начинают взаимодействовать со слизистой оболочкой. Слизистая оболочка носа хорошо снабжается кровью. Поэтому часть мутагенов проникает в кровь сразу из слизистой, а часть их попадает в легкие и только оттуда - в кровь.

Основные же ворота поступления в организм большинства мутагенов - желудочно-кишечный тракт. Остатки пестицидов, которыми обрабатывали сельскохозяйственные растения, токсины грибков, развивающиеся на пищевых продуктах, вещества, образующиеся при тепловой обработке, соли тяжелых металлов - все это попадает в организм вместе с пищей.

Мутагены, растворяясь в слюне, взаимодействуют с ее компонентами. В некоторых случаях слюна человека их обезвреживает, а в других - усиливает вредное действие. Всасывание мутагенов, так же как и лекарственных препаратов, может происходить и через слизистую рта. При этом концентрации препарата, эффективно влияющие на организм, оказываются меньшими, чем при поступлении из желудка или кишечника. Так, таблетку нитроглицерина при болях в сердце кладут под язык, а не глотают, чтобы лекарство быстрее достигло цели.

Спасительные бактерии

Когда мутаген попадает в желудок, с ним начинают взаимодействовать желудочный сок, ферменты панкреатического и кишечного сока, а также желчь. Желчь с нормальным соотношением желчных кислот обладает антимутагенным действием, а вот изменение соотношения содержащихся в ней кислот зачастую усиливает вред от мутагенов. Различия в составе желчи у разных людей - одно из объяснений, почему мы по-разному реагируем на загрязнение окружающей среды: у одних желчь обезвреживает мутагены, у других, наоборот, облегчает их губительное действие.

Бактериальная флора кишечника также активизирует одни и обезвреживает другие мутагены. Это стало ясно, когда ученые исследовали искусственно полученных в лаборатории безмикробных животных. Такие животные рождаются с помощью кесарева сечения, чтобы не происходило заражения материнскими микробами во время прохождения плода по родовым путям. Сразу после рождения детенышей помещают в строго стерильные условия, где они и живут в дальнейшем. Животных поят стерильной водой и кормят стерильной пищей. Они получают все необходимое для жизни и полноценного развития, но лишены микробов. В результате вырастают слабые, нежизнеспособные существа. Многие системы организма у них недоразвиты.

Отсутствие естественной микрофлоры сказывается уже на развитии животных, но не только. Безмикробные крысы беззащитны и перед мутагенами: вместо того, чтобы избавляться от вредных веществ в организме, животные накапливают их. Исследователи обнаружили, что обычные крысы выделяют продукты обмена веществ вместе с мутагенами, а безмикробные крысы - только безвредные вещества.

По кровеносному руслу

Кровеносная и лимфатическая системы служат той "судоходной рекой", по которой мутагены доставляются к клеткам органов и тканей. Во время передвижения вредные вещества активно соединяются с веществами крови, чаще всего с белками - альбуминами. В результате концентрация мутагена в крови снижается. Но соединяясь с альбуминами, мутаген защищает себя от разрушения, и иногда в такой "связке" он быстрее проходит через оболочку внутрь клетки. Преодолев плазматическую мембрану клетки, мутаген оказывается в жидкой среде - цитоплазме, где вступает в различные химические реакции, которые приводят к снижению либо к повышению его активности.

Дело в том, что многие химические соединения поступают в организм человека в виде инертных веществ, промутагенов. Но под влиянием особых ферментов клетки происходит их активизация и превращение в активные мутагены. Ферменты, получившие название цитохромов Р-450, осуществляют превращение промутагенов в очень активные соединения, которые обладают способностью взаимодействовать с белками и нуклеиновыми кислотами клетки и повреждать их.

Цитохромы Р-450 играют важную роль в обмене многих лекарственных препаратов, мутагенов и канцерогенов. Иногда продукты превращения таких веществ в организме оказываются более токсичными, чем исходные продукты.

Активность цитохромов Р-450, как и всех других ферментных систем организма, регулируют гены, но активность ферментов зависит и от условий жизни. Большую роль играют курение, алкоголизм и другие токсикомании, а также то, какими косметическими и лекарственными препаратами пользуется человек. Многие вещества не только сами по себе вызывают мутации, но и определяют "поведение" мутагенов в окружении других химических соединений. Например, табачный дым усиливает активность одного из генов цитохрома Р-450. А фенобарбитал, входящий в состав многих лекарственных препаратов, влияет на сам цитохром Р-450. Широко применяемые в современной медицине лекарства, влияющие на уровень внутриклеточного кальция (например, верапамил), также изменяют чувствительность человека к мутагенам, активизируя цитохромы Р-450.

Внутри ядра

Мутаген становится по-настоящему опасен для организма после того, как он проник в ядро клетки, где хранится ее наследственное вещество. Сам мутаген, активные продукты его разрушения или возникшие под его влиянием свободные радикалы начинают повреждать ядерные структуры - как непосредственно ДНК, так и "обслуживающие" ее белки. Продоложив аналогию, мы можем сравнить мутаген со стрелой, которая наконец достигла цели и пробила брешь в доспехах. Но еще не все потеряно - при повреждении ДНК автоматически запускается служба ее защиты, так называемая система репарации.

Особые ферменты немедленно вырезают поврежденный участок, а на образовавшуюся брешь ставят "заплатку". Такая внутриклеточная "операция" сопровождается срочным синтезом ДНК, поставляющим материал для заплатки. У разных людей система репарации работает с неодинаковой эффективностью, что определяется специальными генами. Некоторые люди, например, страдают наследственными заболеваниями, связанными с дефектами в системе репарации ДНК. Наиболее известное среди них - пигментная ксеродерма. У больных повышена чувствительность к ультрафиолетовому излучению: при избытке солнечных лучей быстро появляются ожоги, приводящие к развитию рака кожи.

Не так давно доктор биологических наук Н. В. Умнова с соавторами показала, что у людей с хроническими воспалительными заболеваниями легких в иммунных клетках крови уровень репарации ДНК также снижен. Это свидетельствует об ослаблении системы защиты наследственности. Если такие люди лечатся антибиотиками, то число мутаций в их клетках возрастает.

Исследования доктора биологических наук Е. Ю. Москалевой с соавторами подтвердили, что пациенты с воспалительными заболеваниями, получавшие антибиотики, обладают повышенной чувствительностью ко многим химическим мутагенам, то есть составляют группу риска.

На скорость репарации у человека влияют неионизирующие и ионизирующие излучения, химическое загрязнение окружающей среды, а также состояние его иммунитета и тесно взаимосвязанной с ним гормональной системы гипоталамус-гипофиз-надпочечники. И, конечно, состояние его психики. Поэтому-то люди, имеющие различную наследственность и живущие в различных условиях, по-разному реагируют на одинаковую концентрацию загрязняющих веществ.

Завершив свой путь внутри организма, мутагены выделяются с каловыми массами или с мочой. Некоторые продукты необратимо связываются с мутагенами в кишечнике и не дают им всасываться в кровь. К таким продуктам относят отруби (в особенности кукурузные) и разнообразные пищевые волокна, содержащиеся в капусте, моркови, свекле и других овощах. Они существенно ослабляют действие многих мутагенов.

С мочой выделяются водорастворимые продукты обмена. Если у человека нарушена выделительная функция почек, то это замедляет выделение мутагенных продуктов, что делает его более уязвимым. В этом случае могут помочь мочегонные средства, которые действуют в качестве антимутагенов и очищают организм.

Иммунная система и мутагены

Иммунная система по-разному взаимодействует с другими системами, вовлеченными в превращения мутагенов внутри организма. Так, повышение активности цитохромов Р-450 приводит к снижению иммунитета. У людей с ослабленным иммунитетом действие мутагенов приводит к выбросу активных веществ - свободных радикалов, которые одновременно способствуют возникновению новых мутаций и снижают иммунитет. Порочный круг замыкается. Поэтому люди с пониженной активностью иммунной системы входят и в группу риска по чувствительности к мутагенам.

Установлено, что у людей с резко сниженным иммунитетом, например у больных спидом, повышается частота мутаций.

СПИД - наиболее грозная и поэтому наиболее известная форма иммунодефицита, которая, к счастью, пока встречается еще довольно редко. Другие же формы иммунодефицита связаны с загрязнением окружающей среды ионизирующими и неионизирующими излучениями, а также с разнообразными химическими мутагенами. В журналистских кругах возникло даже такое понятие, как "химический СПИД".

Лавинообразному нарастанию мутаций в условиях химического загрязнения противостоит механизм, открытый отечественными учеными доктором медицинских наук И. Е. Ковалевым и кандидатом медицинских наук О. Ю. Полевой. Ученые установили: загрязнение организма, с одной стороны, усиливает активность системы цитохрома Р-450, а с другой - "запускает" выработку свободных радикалов. Однако, когда определенный уровень концентрации свободных радикалов уже достигнут, они начинают повреждать различные "детали" клетки, в том числе и те, которые ответственны за выработку цитохромов Р-450. В результате активность цитохромов падает, и выработка свободных радикалов уменьшается, все возвращается на круги своя.

Как известно, главная роль в регуляции всех функций организма принадлежит нервной системе. Поэтому логично предположить, что и она влияет на активность процессов мутагенеза. Это подтверждается исследованиями доктора медицинских наук А. Д. Дурнева и его коллег, которые изучали антимутагенное действие некоторых транквилизаторов. Оказалось, что у детей, которые по медицинским показаниям принимали сильный мутаген - диоксидин, успокаивающие препараты существенно уменьшали появление мутаций. Транквилизаторы, по мнению ученых, снижают уровень свободных радикалов в организме. Однако в лаборатории доктора медицинских наук Ю. А. Ревазовой наблюдали другую закономерность: умеренный стресс у экспериментальных животных снижал частоту мутаций. Так что зависимость мутаций от стресса не так проста, как кажется на первый взгляд.

В современной литературе все чаще употребляют термин "экология человека", правда, вкладывают в него различный смысл. На наш взгляд, чрезвычайно важно рассматривать человека как постоянно существующее сообщество макроорганизма с населяющими его микроорганизмами, тесно взаимодействующее с окружающей средой. Мутагены, влияющие на человека, каким-то образом изменяют и живущие внутри него микроорганизмы. А от этого влияния воздействие мутагена тоже может усиливаться и ослабляться.

Мутаген может вызвать мутации как в клетках макроорганизма, так и в клетках микроорганизмов. Микроорганизмы же своей жизнедеятельностью так изменяют иммунологические и обменные процессы в макроорганизме, что это существенно сказывается на процессах мутагенеза. Все взаимосвязано, все организовано в единую стройную систему. Если рассматривать человеческий организм как маленькую вселенную, то вспоминаются слова Т. Элиота: "Не тронь цветок, чтоб не качнуть звезду и не обрушить мирозданье..."

Из истории мутагенов

В начале ХХ века многие генетики стали высказывать предположения о том, что можно искусственно вызывать изменения в наследственном аппарате - мутации. Американский ученый Меллер, удостоенный Нобелевской премии в 1937 году, показал, что рентгеновское излучение увеличивает частоту мутаций у плодовой мушки дрозофилы. В сороковые годы И. А. Рапопорт в нашей стране и Ш. Ауэрбах в Великобритании открыли, что мутагенным действием обладают и многие химические соединения.

Известно, что мутации могут возникать как в половых клетках, так и в клетках тела - соматических. Значимость соматических и половых мутаций для организма и его потомков различна.

Мутации в соматических клетках могут быть уничтожены иммунными силами организма или с помощью "клеточного самоубийства", апоптоза (см. "Наука и жизнь" № 12, 1996 г.). Но иногда такие мутации сохраняются, что приводит либо к появлению мозаицизма (например, у человека один глаз голубой, а другой карий), либо к развитию опухолей. Такие мутации играют важную роль в жизни одной особи, но безразличны для потомков.

Напротив, мутация, возникшая в половой клетке, как правило, проходит бесследно для ее владельца. Но она может привести к бесплодию или врожденным уродствам и сокращению продолжительности жизни его потомков.

Ваше здоровье

КАК ОБЕЗВРЕДИТЬ МУТАГЕНЫ

Употребляйте больше натуральных продуктов, избегайте мясных консервов, копченостей, сладостей, соков и газированной воды с синтетическими красителями.

Ешьте больше капусты, зелени, круп, хлеба с отрубями.

Если у вас есть признаки дисбактериоза, принимайте бифидумбактерин, лактобактерин и другие препараты с "полезными" бактериями. Они обеспечат вам надежную защиту от мутагенов.

Если у вас не в порядке печень, регулярно пейте желчегонные сборы.

Поменьше употребляйте бытовой химии. С моющими средствами работайте в перчатках.

Не откладывайте в "долгий ящик" лечение хронических воспалительных заболеваний, это ослабляет ваш иммунитет и открывает дорогу мутагенам.

Не принимайте без совета с врачом незнакомые лекарственные препараты, особенно антибиотики.

Словарик

Мутагены - химические вещества, вызывающие изменения в наследственном веществе (мутации).

Антимутагены - вещества, подавляющие действие мутагенов.

Мутагенез - процесс появления мутаций.

Промутагены - неактивные вещества, которые в результате химических реакций в организме могут превратиться в мутагены.

Репарация - исправление повреждений в наследственном веществе.

Геном - совокупность всех генов организма.

Ядро - клеточная структура, в которой хранится наследственное вещество.

См. в номере на ту же тему