WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Повреждения в популяции клеток оценивали, изучая индивидуальные клетки под микроскопом.

под микроскопом.

В данных экспериментах повреждения ДНК оценивали путем распечатки В данных экспериментах повреждения ДНК оценивали путем распечатки микрофотографий, полученных при помощи компьютерной системы, и микрофотографий, полученных при помощи компьютерной системы, и измерения линейкой геометрических параметров «кометы» (рис. 2А.). Для измерения линейкой геометрических параметров «кометы» (рис. 2А.). Для количественной оценки повреждений ДНК клеток ТК6 после воздействия количественной оценки повреждений ДНК клеток ТК6 после воздействия было использовано отношение длины кометы к ширине его ядра (R). Этот было использовано отношение длины кометы к ширине его ядра (R). Этот параметр оценивали по уравнению:

параметр оценивали по уравнению:

R = Длина кометы / Ширина ядра = L / W (4) R = Длина кометы / Ширина ядра = L / W (4) На рис. 2Б, В приведены результаты количественной оценки повреждений На рис. 2Б, В приведены результаты количественной оценки повреждений ДНК клеток ТК6. Видно, что большая концентрация хлорида никеля в ДНК клеток ТК6. Видно, что большая концентрация хлорида никеля в комбинации с ионизирующим излучением приводит к значительному комбинации с ионизирующим излучением приводит к значительному увеличению отношения длины кометы к ширине его ядра. Таким образом, на увеличению отношения длины кометы к ширине его ядра. Таким образом, на примере комбинированного действия ионизирующего излучения и хлорида примере комбинированного действия ионизирующего излучения и хлорида никеля на выживаемость и формирование ДНК-повреждений в системе никеля на выживаемость и формирование ДНК-повреждений в системе культивируемых клеток человека было подтверждено, что характер культивируемых клеток человека было подтверждено, что характер взаимодействия агентов может зависеть от отношения повреждений, взаимодействия агентов может зависеть от отношения повреждений, индуцируемых каждым агентом, используемым при их сочетанном индуцируемых каждым агентом, используемым при их сочетанном применении. Поэтому представляло интерес рассмотреть математическую применении. Поэтому представляло интерес рассмотреть математическую модель, учитывающую зависимость эффективности взаимодействия модель, учитывающую зависимость эффективности взаимодействия применяемых агентов от соотношения повреждений, вызываемых каждым применяемых агентов от соотношения повреждений, вызываемых каждым агентом.

агентом.

Формулировка математической модели синергизма.

Для прогноза генетических эффектов комбинированных воздействий необходимо было определить параметры математической модели. Пусть N1 - число генетических повреждений, пропорциональных числу мутаций или онкотрансформаций, регистрируемых в реальном эксперименте от воздействия первого агента, и N2 - число генетических повреждений, пропорциональных числу мутаций или онкотрансформаций, зафиксированных в эксперименте, от действия второго агента. Пусть р1 и рколичества субповреждений, индуцированные первым и вторым действующим фактором, соответственно, и приходящиеся на одно повреждение, приводящее к регистрируемому генетическому повреждению биологического объекта. Тогда общее число субповреждений, образованных первым агентом, будет равно р1N1, а число субповреждений, индуцированных вторым повреждающим фактором, будет равно р2N2.

Следует отметить, что субповреждения каждого из действующих агентов не вносят никакого вклада в их генетическое действие, если они применяются отдельно друг от друга. Другими словами, в модели предполагается, что выход некоторых субповреждений, обусловливающих синергическое взаимодействие, прямо пропорционален числу повреждений, приводящих к регистрируемым генетическим повреждениям. Следовательно, общее число генетических повреждений N при комбинированном воздействии агентов будет определяться уравнением:

(5) N = N1 + N2 + min p1N1; p2N{ }, где min{р1N1; р2N2} - минимальное значение из двух величин, характеризующих выход субповреждений р1N1 и р2N2. Наличие дополнительного числа повреждений min{р1N1; р2N2} и обусловливает эффект синергизма.

Для оценки нелинейных генетических эффектов используют коэффициент взаимодействия k, который определяют как отношение инкремента ответной реакции системы на сочетанное действие к сумме инкрементов при раздельном действии каждого из факторов (6) k = Nкомб / Nаддит = N(X,Y )/{N1(0,Y )+ N2(X,0)}, где X, Y - действующие факторы; N(X,Y) – величина регистрируемого эффекта при действии факторов X и Y; N(0,0) – величина спонтанного уровня (естественный фон), а N(X,Y) = N(X,Y) - N(0,0) – величина регистрируемого эффекта за вычетом фона. При k > 1 имеет место синергизм, при k = 1 - независимое действие (аддитивность), а при k < 1 - антагонизм действующих агентов. Так как в работе рассматривается синергическое взаимодействие агентов, то коэффициент k в дальнейшем будет называться коэффициентом синергического усиления.

Исходя из вышеизложенных постулатов модели, коэффициент синергического усиления можно описать уравнением:

(7) k = 1 + min{p1N1 ; p2 N }/(N1 + N ).

2 Отсюда видно, что синергический эффект комбинированных воздействий определяется отношением генетических повреждений N2/N1, вызванных воздействующими агентами. Легко показать, что в этом случае максимальный синергический эффект (8) kmax = 1 + (p1 p2 )/(p1 + p2 ) будет достигаться при выполнении условия, определяемого уравнением. (9) p1N1 = p2 NЗначения р1 и р2 можно определить эмпирически по экспериментальным данным совместного действия обоих агентов. Из уравнения (7) получается, что при преимущественном действии второго фактора, когда min{р1N1; р2N2} = р1N, (10) p1 = (k - 1){1 + (N2 / N1)} а при преимущественном действии первого агента, когда min{р1N1; р2N2} = р2N. (11) p2 = (k - 1){1 + (N1 / N2 )} Данная математическая модель после определения с помощью уравнений (10) и (11) свободных параметров модели р1 и р2 из конкретных экспериментов позволяет прогнозировать значения коэффициента синергического усиления k для любых соотношений повреждений N2/N1, индуцированных воздействующими агентами – уравнение (7), может предсказывать величину максимального синергизма - уравнение (8) и условие, при котором он достигается - уравнение (9).

Одновременное действие сульфата цинка и гипертермии на выживаемость бактериальных клеток Escherichia coli В экспериментах по изучению одновременного действия сульфата цинка, одного из поллютантов, относящихся к классу тяжелых металлов, и гипертермии на бактериальные клетки Escherichia coli нами были получены зависимости выживаемости бактерий от времени пребывания в контакте с сульфатом цинка (0,01 М) при повышенных температурах (37 – 60 оС), а также после воздействия каждого фактора в отдельности (кривые дозаэффект). На рис. 3А-Д представлены зависимости выживаемости клеток E.coli от продолжительности действия отдельно гипертермии (кривая 1), сульфата цинка 0,01 М (кривая 2), одновременного применения обоих факторов при условии аддитивного (независимого) сложения их эффектов (кривая 3), одновременного действия этих же агентов в реальных условиях их Продолжительность воздействия, мин 0 10 20 30 0 20 40 60 0 10 20 8 1 Ж Е 1 2 7 tкомб 0,6 tаддит 3 10 0,5 0,А Б В 100 4 10 3 t2 t1 0,Г Д 4 1 0,0 40 80 120 0 20 40 30 40 50 60 70 0,01 0,1 1 Температура, оС Продолжительность воздействия, сек N2/NРис. 3. Зависимости выживаемости бактериальных клеток Escherichia coli от продолжительности действия гипертермии (37-60 С) (кривые 1), сульфата цинка в концентрации 0,01 М (кривые 2) и их одновременного применения (кривые 4), а также ожидаемая кривая выживаемости при независимом (аддитивном) действии этих агентов (кривые 3). А - 37 С, Б - 40 С, В - 45 С, Г – 50 С, Д - 60 С. Е – зависимость коэффициента синергического усиления (k) от действующей температуры. Ж – зависимость k от отношения повреждений N2/N1, индуцированными воздействующими агентами. Значки – экспериментальные данные, линия – теоретическая кривая, рассчитанная по уравнению (7) математической модели синергизма.

применения (кривая 4). Из рисунка следует, что выживаемость клеток после одновременного воздействия обоих факторов меньше, чем выживаемость, ожидаемая при независимом сложении эффектов после действия каждого фактора в отдельности (кривая 4 проходит ниже расчетной аддитивной кривой 3). Для количественного описания полученного синергического взаимодействия был рассчитан коэффициент синергического усиления как отношение изоэффективных длительностей воздействия для теоретической кривой выживаемости, ожидаемой при аддитивном действии этих агентов (tадд), и для экспериментальной кривой выживаемости, регистрируемой после одновременного комбинированного действия сульфата цинка и гипертермии.

(12) k'эксп = tаддит tкомб На рис. 3А стрелками показан способ нахождения tадд и tкомб.. Зависимость от температуры коэффициента синергического усиления, рассчитанного по уравнению (12), изображена на рис. 3Е. Как следует из рисунка, данная зависимость представляет собой кривую с выраженным максимумом, существование которого свидетельствует о наличии температуры, максимально усиливающей действие сульфата цинка. Видно также, что понижение или повышение инактивирующей температуры приводит к уменьшению эффекта синергического взаимодействия. Именно такая зависимость коэффициента синергического усиления от температуры качественно предсказывается математической моделью, описанной выше.

Выживаемость, % Выживаемость, % Коэффициент синергического усиления Отношение N2/N1 находили из соотношения наклонов кривых выживаемостей (рис. 3Д) после раздельного действия химического вещества и физического агента по уравнению:

(13) N2 / N1 = t1 t Параметр р1 (количество субповреждений, приходящихся на одно эффективное повреждение от действия химического агента) рассчитывали для такой ситуации, когда инактивация клеток была обусловлена преимущественно действием гипертермии, а параметр р2 определяли для ситуации, когда выживаемость была обусловлена в основном действием ZnSO4. Расчеты показали, что р1 = 7,4, а р2 = 56,7. По уравнению (7) был рассчитан теоретически ожидаемый коэффициент синергического усиления при различных N2/N1. Полученные экспериментальные значения k (значки) и теоретическая кривая зависимости коэффициента синергического усиления от отношения воздействующих агентов (сплошная линия) представлены на рис. 3Ж. Из этого рисунка видно, что модель точно описывает наблюдавшуюся в эксперименте зависимость: при определенных соотношениях N2/N1 регистрируется усиление синергического эффекта, а после достижения максимального значения синергизм уменьшается. На примере этих данных была проверена и подтверждена способность модели оптимизировать и прогнозировать синергические летальные эффекты в бактериальных клетках.

Совместное действие ультрафиолетового излучения и формальдегида на выход мутаций у бактерий E. coli На примере данных о совместном действии ультрафиолетового излучения и формальдегида на выход обратных мутаций у бактерий E. coli K-12W была продемонстрирована способность модели оптимизировать и прогнозировать синергические эффекты мутагенеза у бактерий (рис. 4А,Б). На рис. 4А приведен пример определения значений Ni, необходимых для расчета k (уравнение 6). Модель точно описывает наблюдавшуюся в эксперименте зависимость: при определенных соотношениях N2/N1 регистрируется усиление синергического эффекта, а после достижения максимального значения синергизм уменьшается. При комбинированном действии исследуемых агентов на другой штамм бактерий - E. coli 113-3 в эксперименте наблюдался значительно меньший выход мутаций, чем это предсказывает математическая модель синергизма (рис. 4В, пунктирная линия). Сделано предположение, что в области малых доз УФ-света происходит более интенсивная элиминация субповреждений, индуцированных ультрафиолетовым излучением. Это означает прогрессивное уменьшение одного из свободных параметров математической модели (р1).

Можно допустить, что этот параметр модели будет меняться в соответствии с Б А В 104 Nкомб 103 Nаддит N1 N2 0 10 20 30 0,01 0,1 1 10 10-3 10-2 10-1 100 Доза УФ-излучения, Дж/м2 N2/NN2/NРис. 4. Совместное действие различных доз ультрафиолетового излучения и формальдегида на индукцию обратных мутаций в локусе leu у бактерий E. coli K-12W (А, Б) и в локусе В12 у бактерий E. coli 113-3. (В). А – зависимость выхода мутаций от дозы ультрафиолетового излучения при действии только излучения (кривая 1), аддитивное сложение эффектов от обоих факторов (кривая 2) и их комбинированное действие (кривая 3). Б, В - зависимость коэффициента синергического усиления от соотношения повреждений N2/N1, индуцированных воздействующими агентами. Значки – экспериментальные значения, рассчитанные по данным, опубликованным в работе (Панфилова З.И. и др., 1966), линии - теоретическая кривая.

уравнением:

, (14) p1 = p1 exp{- N2 / N1} где - константа. Используя уравнение (14), были получены новые pтеоретически ожидаемые значения коэффициента синергического усиления для комбинации различных доз ультрафиолетового излучения с формальдегидом (сплошная линия, рис. 4В). Этот вариант модели удовлетворительно (р < 0,1) описывает экспериментальные результаты.

Таким образом, показано применение модифицированной модели синергизма, учитывающей элиминацию субповреждений в области малых доз ультрафиолетового излучения, для прогнозирования и оптимизации мутационных эффектов у бактерий.

Pages:     | 1 || 3 |






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