WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

На правах рукописи

УДК(574.5:615.9)

ПЕНКИН

Михаил Александрович

ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХРОНИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МУТАГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ГИДРОБИОНТОВ

Специальность 03.00.18 – гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Москва - 2008

Работа выполнена на кафедре биоэкологии и ихтиологии Московского государственного университета технологий и управления (МГУТУ).

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор

Симаков Юрий Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор

Микодина Екатерина Викторовна

доктор биологических наук, профессор

Мелихова Ольга Петровна

Ведущая организация:

Всесоюзный научно-исследовательский институт пресноводного рыбного хозяйства

Защита состоится 26 декабря 2008 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 307.004.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) по адресу: 107140, Москва, ул. Верхняя Красносельская, д. 17.

Факс 8-499-264-91-87, электронный адрес sedova@vniro.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИРО.

Автореферат разослан «25» ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук М.А.Седова

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Одной из актуальных и вместе с тем наименее разработанных проблем гидробиологии является нарушение структуры политенных и митотических хромосом у гидробионтов (в том числе у ценных в хозяйственном отношении видов) и регуляции митотической активности в условиях воздействия антропогенных факторов, таких как мутагенные вещества и проникающая радиация. Возникающие при этом мутации могут привести к увеличению наследуемых генетических патологий и резко снизить продуктивность рыбохозяйственных водоемов. Возникает и вторая проблема - возникновение уродств и злокачественных опухолей у гидробионтов вследствие появления у них хромосомных аберраций, ухудшающих качество товарной продукции.

В настоящее время число веществ, обладающих генотоксичными свойствами, увеличивается каждый день примерно на тысячу соединений. Понятно, что большая часть вновь синтезируемых соединений не относится к мутагенам и не попадает в водную среду, однако промышленные сточные воды несут в водоемы значительную часть соединений с мутагенными и канцерогенными свойствами.

Актуальность работы возрастает в связи с возможными аварийными ситуациями на АЭС, при которых проникающая радиация может оказать существенные изменения в генетическом аппарате. Однако до настоящего времени на многие вопросы, связанные с оценкой воздействия радиации на водные организмы на цитогенетическом уровне не получен надлежащий ответ. Недостаточно сведений о том, каким образом действуют токсиканты и радиация на структуру хромосом и регуляцию митотической активности у рыб (Pisces) и амфибий (Amphibia), а также о результатах действия указанных факторов на структуру политенных хромосом хирономид и митотических хромосом у рыб и амфибий.

Под влиянием интенсивного рентгеновского излучения у гидробионтов, с высоко дифференцированным хрусталиком глаза, в частности у амфибий и рыб, могут развиться катаракты. В патогенезе катаракт, возникающих под воздействием факторов различной природы, отмечается много общего и предстоит ответить, чем вызван сходный ответ на различные типы экзогенного воздействия.

Цель работы. Цель работы – обосновать применение морфологических перестроек в хромосомах гидробионтов под влиянием мутагенных факторов для оценки воздействия генотоксичных веществ и проникающей радиации.

Для достижения цели работы решались следующие задачи:

1. Выявить типы перестроек политенных хромосом хирономид при воздействии мутагенных токсикантов.

2. Выявить особенности хромосомных аберраций и нарушения дифференциальной активности генов в политенных хромосомах при воздействии генотоксичных загрязнителей водоемов.

3. Исследовать действие веществ, вызывающих аберрации в хромосомах клеток различных зон цитодифференцировки хрусталика рыб, на их митотическую активность.

4. Изучить изменение клеточной пролиферативной активности (по митотическому индексу) и размеров зон дифференцировки по оптической плотности в эпителии хрусталика рыб при воздействии токсикантов.

5. Выявить воздействие рентгеновского излучения на митотическую активность в различных зонах цитодифференцировки эпителия хрусталика рыб и амфибий.

6. Исследовать воздействие травматизации, рентгеновского излучения и токсикантов на пространственное распределение митозов в эпителии хрусталика глаза рыб и амфибий.

Научная новизна. Впервые показано, что хромосомные аберрации в политенных и митотических хромосомах у ряда гидробионтов при воздействии генотоксичных веществ и рентгеновского излучения имеют однотипный характер и сходные морфологические перестройки.

Впервые показано, что хромосомные аберрации в политенных хромосомах личинок хирономид, полученные в результате воздействия вредных антропогенных факторов, сопровождаются структурной перестройкой хромосом и происходит нарушение конъюгации политенных хромосом, что дает возможность оценить степень мутагенного эффекта.

Впервые показано, что под влиянием мутагенных веществ в эпителии хрусталика рыб меняются размерные параметры зон цитодифференцировки.

Установлено, что токсиканты и рентгеновское облучение в регенерирующем после травмы эпителии хрусталика нарушают пространственное распределение посттравматических митозов и вызывают их ассимметричное распределение относительно малодифференцированной центральной зоны.

Практическая значимость. Исследование действия генотоксичных водных загрязнителей, травматизации и рентгеновского излучения на хромосомный аппарат ряда гидробионтов позволяют создать новые биотесты для выявления мутагенных факторов в водной среде.

Использование политенных хромосом хирономид для выявления мутагенных физических и химических факторов позволяет применять их как экспрессные биоиндикаторы, когда в течение суток может быть получен ответ о появлении нарушений в дифференциальной активности генов по пуфингу и изменений на хромосомном уровне. Разработанные цитогенетические методы могут быть основой для оценки воздействия мутагенных факторов на политенные хромосомы.

Свойство токсикантов и рентгеновских лучей нарушать пространственное распределение посттравматических митозов в эпителии хрусталика может служить биомаркером для выявления начальных стадий катаракты у рыб, которая часто наблюдается у лососевых в аквакультуре, а также у других видов рыб при загрязнении природных водоемов токсикантами.

Полученные данные используются в учебном процессе в ВУЗах при чтении лекций и проведении лабораторных работ по таким предметам как Генетика, Водная токсикология, Санитарная гидробиология.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации представлены на международном симпозиуме по иммунологии и патологии рыб ИБВВ РАН (Борок, 2007), на Международном симпозиуме «Молекулярные, клеточные и эволюционные аспекты морфогенеза» ИБР РАН (Москва, 2007), на научных семинарах кафедры биоэкологии и ихтиологии МГУ ТУ (Москва, 2005 – 2007).

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 142 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка литературы (190 источников), в том числе 62 источников на иностранных языках.

Основное положение, выносимое на защиту.

- Структурные изменения политенных и митотических хромосом, регуляция митотической активности и цитодифференцировки у гидробионтов являются системным показателем при оценке комплексного влияния генотоксических факторов.

Глава 1. Обзор литературы

В главе представлен анализ действия токсикантов, обладающих мутагенным свойством, и рентгеновского облучения на политенные хромосомы хирономид и митотические хромосомы эпителия хрусталика рыб (радужная форель Oncorhynchus mykiss) и амфибий (травяная лягушка Rana temporaria). Приведены данные об основных цитогенетических изменениях под влиянием мутагенных факторов и дана сравнительная характеристика действия рентгеновского излучения и мутагенных загрязнителей водной среды на митотические и интерфазные хромосомы у различных видов гидробионтов.

Глава 2. Материал и методы исследования

Материал для работы собран в лабораторных условиях. У рыб объектом исследований служил хрусталик глаза сеголеток и годовиков радужной форели. Рыб содержали по 10 шт. в 20-литровых аквариумах с дополнительной аэрацией. Кормление рыб осуществляли мотылем. Температура воды составляла 18 ± 2о С. Помимо этого, для опытов также использовали половозрелую травяную лягушку в возрасте 3 лет. Лягушек (по 5 шт.) содержали в лабораторных условиях в 5-литровых емкостях, над дном которых был небольшой слой воды.

Использовали общепринятые методы исследования политенных хромосом в слюнных железах личинок хирономид и получения тотальных препаратов эпителия хрусталика глаза сеголеток и годовиков радужной форели и травяной лягушки. Примененные для исследования методы широко используются в цитогенетических исследованиях для оценки генотоксичности химических веществ и проникающей радиации (Beerman, 1961; Рапопорт, Дроздовская и др., 1971; Кикнадзе, 1972, 1975; Пашин, Козаченко, 1983; Lehman, 1984; Айла, Кайгер, 1987; Симаков, Никифоров-Никишин, Кузнецова, 1990; Симаков, 1998, 2002).

Мы выявляли морфологические изменения политенных хромосом (хромосомные аберрации и пуфинг) под влиянием мутагенных веществ после их окрашивания ацет-орсеином в наиболее активный период их перестроек на 36 и 38 стадиях развития (Кикнадзе, 1975) и оценивали на цитогенетических препаратах степень морфологических изменений хромосом. При исследовании митотических хромосом в эпителии хрусталика радужной форели и травяной лягушки основное внимание обращали на нарушение хромосомного аппарата в процессе митоза на стадии ана-телофазы, на изменение митотического индекса и на пространственное распределение митозов после воздействия химических и лучевых мутагенных факторов.

В качестве мутагенных веществ для проведения экспериментальных исследований использованы три соединения: 2-нафтол, эпихлоргидрин и бихромат калия. Обоснованием их выбора мутагенных загрязнителей водоемов послужило следующее:

2-нафтол – бензольное соединение с установленными ранее генотоксичными свойствами, попадает в рыбохозяйственные водоемы с промышленными стоками (анилинокрасочная промышленность). Для хронических экспериментов нами были взяты концентрации: 0,2; 0,1; 0,01; 0,001 мг/л, с тем учетом, что в этот интервал попадает рыбохозяйственный норматив ПДК (0,01 мг/л).

Эпихлоргидрин – Эпихлоргидрин используется в производстве эпоксидных смол, эпихлоргидриновых каучуков, ионообменных смол и других полимерных материалов. Это — алкилирующий агент и мутаген для бактерий, грибов, сосудистых растений, насекомых и млекопитающих в культуре в отсутствии экзогенной метаболической активации. Он также попадает в рыбохозяйственные водоемы с промышленными стоками. Спектр исследуемых концентраций варьировал от 0,005 до 1,0 мг/л. с тем учетом, что в этот интервал попадает рыбохозяйственный норматив ПДК (0,01 мг/л).

Бихромат калия. Для экспериментальных исследований нами использовался бихромат калия (K2Cr207) ЧДА. Бихромат калия часто используется как стандартный токсикант, который вызывает у гидробионтов генные мутации и хромосомные аберрации. Это соединение также попадает в рыбохозяйственные водоемы с промышленными стоками. Для исследований использованы концентрации от 0,001 до 0,2 мг/л с тем учетом, что в этот интервал попадает рыбохозяйственный норматив ПДК (0,02 мг/л).

Действие рентгеновских лучей изучали на эпителии хрусталика глаза годовиков радужной форели и травяной лягушки. Рыб облучали на линейном ускорителе 6 МэВ тормозного излучения, фирмы Philips с дозами 50, 500 и 5000 Р. Для фиксации рыб во время облучения их помещали в мелкую ванночку с перегородками. Глаза рыб изымали и фиксировали в смеси Карнуа (Лилли, 1969) на 1, 8, 16 и 21 сутки после облучения. Затем готовили тотальные препараты эпителия хрусталика (Howard, 1952; Симаков, 1998).

Травяные лягушки (30 экз.) получили дозу 10 000 P. Затем, в облученный хрусталик через двое суток наносили травму иглой в передний полюс на расстоянии 1/5 диаметра хрусталика глаза. Таким образом, хрусталик глаза был под воздействием двух факторов: рентгеновского облучения и травматизации. Глаза лягушек фиксировали в смеси Карнуа (Лилли, 1969), а затем готовили тотальные препараты эпителия хрусталика по стандартным методикам и подсчитывали количество митозов в различных зонах его дифференцировки.

Пространственное распределение митозов и митотического индекса в различных зонах цитодифференцировки эпителия хрусталика после окрашивания гемалауном Майера определяли митотический индекс в полосе, составленной окулярной сеточкой, от периферии к центру при увеличении 1540.

Статистическая обработка проведена с помощью программы Excel, сравнение результатов - по критерию Стьюдента. Характеристика экспериментального материала представлена в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Виды, эксперименты и объем материала

Виды

Показатели

Число объектов и препаратов

Chironomus plumosus

Структурные изменения в политенных хромосомах

420 препаратов политенных хромосом

Chironomus thummi

Аберрации политенных

хромосом

420 препаратов политенных хромосом

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»