АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Каким образом химические мутагены действуют на генетический материал?

Планирование тестирующих программ. Из предшествующего обсуждения должно быть ясно, что на первый вопрос - действует ли и как действует определенный фактор на генетический материал - мы не можем отвечать абстрактно. В некоторых случаях химический состав соединения помогает нам сформулировать более конкретные гипотезы. Например, можно ожидать, что акридиновое соединение индуцирует главным образом мутации сдвига рамки считывания, а этиленимин и азотистый иприт производят алкилирующие эффекты и индуцируют геномные, хромосомные и генные мутации. Часто вещество разлагается столь быстро, что опасность мутагенного эффекта оказывается очень небольшой. Химический состав соединений может вообще не давать никакого намека на их мутагенные свойства, и тем не менее эти соеди-

5. Мутации 267

нения могут оказаться способными индуцировать мутации с помощью какого-нибудь неизвестного механизма. Поэтому любое новое вещество, используемое людьми, должно проходить проверку на мутагенность.

Наличие громадного числа веществ, уже применяемых в качестве фармацевтических препаратов, пестицидов, косметических средств и для многих других целей, а также огромное число соединений, постоянно вводимых в окружающую среду, создает трудности при их проверке. Можно предложить два довольно простых правила, которые помогают в выработке приемлемых решений [1684]:

1. Определите точно, что вы хотите узнать. Проводите как можно меньше экстраполяции. Если вы вынуждены экстраполировать, отдавайте себе полный отчет в существовании проблем, возникающих на каждом шаге экстраполяции.

2. Планируйте свою программу проверки так, чтобы получить ответ на конкретные вопросы.

Определите точно, что вы хотите узнать. Экстраполяции, осуществляемые в программах тестирования на мутагенность,это экстраполяции данных, полученных с использованием других тест-систем на людей, данных о мутациях одного типа на мутации иного типа, данных об одних тканях на другие ткани и результатов, полученных при высоких дозах на ситуации, связанные с воздействием низких доз.

Мы не можем проводить эксперименты на половых клетках человека. Поэтому экстраполяции данных, полученных на других организмах, неизбежны. Эти организмы должны находиться в близком филогенетическом родстве с человеком, настолько близком, насколько это вообще возможно. По практическим соображениям работы следует проводить на лабораторных млекопитающих, используемых в радиационной генетике - мышах, китайских хомячках, крысах. Результаты, полученные на более отдаленных в филогенетическом смысле видах, таких как бактерии или Drosophila, дадут очень мало данных, применимых к человеку. Поэтому следует использовать любую представившуюся возможность для изучения популяционных групп людей, подвергающихся воздействию вероятных мутагенов. Ключ к решению проблемы могут дать исследования по выявлению в соматических клетках хромосомных аберраций, сестринских хроматидных обменов [1482] и биохимических точковых мутаций. Обзор методов обнаружения мутаций у млекопитающих дается в разд. 5.2.1.2. Геномные и хромосомные мутации в настоящее время могут быть обнаружены почти на всех стадиях развития. В радиационной генетике возможно осуществление определенных экстраполяции на генные мутации, поскольку радиация индуцирует как хромосомные, так и генные мутации, а чувствительность присуща одним и тем же стадиям клеточного развития. Однако для многих химических мутагенов провести такую экстраполяцию гораздо сложнее. Некоторые соединения могут индуцировать генные мутации, но почти не индуцируют хромосомных мутаций. Поэтому здесь существует более настоятельная потребность в специальном поиске генных мутаций, чем в радиационной генетике. К сожалению, наш арсенал методов их обнаружения беднее, чем арсенал методов, применяемых для выявления геномных и хромосомных мутаций. Многолокусный тест, несмотря на свою пригодность с теоретической точки зрения, отнимает слишком много времени и слишком дорог для рутинного применения. Он, однако, очень полезен для тестирования небольшого числа веществ, относительно которых возникли на основании результатов, полученных более быстрыми, но менее надежными методами (см. ниже), подозрения, что они мутагенны. То же самое приложимо к индукции доминантных мутаций, приводящих к скелетным аномалиям или катарактам [1440]. Методы скринирования мутаций на энзиматическом или белковом уровне все еще находятся в развитии. Биохимическая изменчивость, обнаруженная в отдельных клетках, не может быть с уверенностью идентифицирована как мутационная по происхождению. Можно было бы ожидать сосредоточения усилий на дальнейшем совершенствовании методов скринирования белков и фермен-

268 5. Мутации

тов. Однако в действительности существует другая тенденция. Более легкий подход к решению проблемы обещают так называемые опосредованные хозяином тесты. Культуру бактерии или гриба выращивают в брюшной полости мыши. Химическое вещество вводится мышам путем инъекции или с пищей. Затем оно преперпевает ряд метаболических превращений в организме животного и вступает в контакт со штаммом, скринируемым на точковые мутации. На первый взгляд, этот метод представляется довольно изящным. Он учитывает метаболические изменения, которые химическое вещество может претерпевать в организме млекопитающего. Однако генетический материал, подлежащий тестированию, принадлежит бактерии, а опыт показал, что разные бактерии могут по-разному реагировать на одни и те же мутагены: у одних мутации возникают, у других не возникают [1592]. В последние годы приобрел популярность другой похожий подход. Большинство ферментов, метаболизирующих лекарства, обнаруживается в микросомальной фракции клеток печени. Поэтому тестируемое химическое вещество подвергается воздействию препаратов микросом in vitro, а затем проверяется на мутагенность в бактериальной тест-системе (тест Эймса). Эти методы могут давать кое-какую информацию, полезную для идентификации потенциальных мутагенов. Особенно ценным для скринирования огромного числа соединений оказался тест Эймса.

Тест Эймса для скринирования канцерогенов. В настоящее время появляется все больше и больше данных, свидетельствующих о том, что рак, по крайней мере во многих случаях, обусловлен возникновением соматических мутаций (разд. 5.1.6). Поэтому не удивительно, что многие мутагены одновременно являются канцерогенами и наоборот, многие соединения, известные как канцерогены, оказывают мутагенное действие. Сегодня тестирование на канцерогенность с использованием животных отнимает много времени и требует больших затрат. Необходимо было ввести в практику какой-либо быстрый метод тестирования на мутагенность. Именно таким методом является упоминавшийся выше тест Эймса, его и решили использовать в качестве скринирующего теста на потенциальные канцерогены. При изучении 300 различных соединений, канцерогенных и неканцерогенных, 157 из 175 канцерогенов проявили в этом тесте и мутагенность [1553, 1554]. Только очень немногие неканцерогены обнаружили мутагенную активность Этот результат широко обсуждался в последние годы; бесспорно, что некоторые канцерогены, по-видимому, не поддаются обнаружению, поскольку они не осуществляют свое действие через повреждение ДНК. В общем, проблема экстраполяции с бактериального на человеческий геном и результатов опытов in vitro на условия in vivo сходна с проблемами, встретившимися при тестировании на мутагенность половых клеток. Можно надеяться, что этот метод окажется эффективным при тестировании на мутагенность химических веществ из окружающей среды, так как он позволяет в течение короткого времени проверить гораздо больше соединений, чем методы in vivo Однако он не может заменить методов in vivo

Метаболизм. Другой важный фактор, влияющий на вероятность мутагенеза и канцерогенеза, связан с генетически детерминированными различиями в метаболизме чужеродных веществ, включая лекарства и агенты окружающей среды (ксенобиотики). Современные данные показывают, что идентичные близнецы обнаруживают одинаковые скорости биотрансформации лекарств, несмотря на значительную изменчивость параметров биотрансфорации в общей популяции (разд. 4.5). Таким образом, генетические факторы, по-видимому, имеют основное значение при разложении ксенобиотиков. Например, работы на мышах и на людях показали, что гидроксилаза арил-углеводородов играет важную роль в превращении полициклических углеводородов в эпоксиды. Эпоксидные соединения гораздо более канцерогенны, чем углеводороды. Говоря шире, небольшая часть популяции, объединяющая индивидов, медленно инактивирующих ксенобиотик или трансформирующих данный ксенобиотик в активный мутагенный агент, будет подвержена гораздо большему риску, чем популяция в целом. Никакая тест-система с использованием экспериментальных животных не может пролить свет на этот важный аспект мутагенеза, обусловленного факторами окружающей среды. Поэтому может оказаться полезным включение в тест Эймса (см. выше) человеческого кле-

5 Мутации 269

точного материала от многих различных индивидов (образцов печени плода, взятых у абортусов) с целью нахождения возможных различий, обусловленных изменчивостью людей по метаболизму ксенобиотических веществ. Методы скринирования мутантов путем изучения полиморфизма ферментов и белков в человеческих популяциях позволяют непосредственно выявлять многие мутации, однако установить при этом факт участия специфического вредного агента окружающей среды намного сложнее (см. ниже).

Тканевые различия в индукции мутаций. Третья экстраполяция -это экстраполяция с одной ткани на другую. Хромосомные мутации, например, можно легко проанализировать в костном мозге мышей или китайских хомячков или в культурах лимфоцитов человека. Было бы заманчиво провести экстраполяцию с этих соматических клеток на половые клетки. Однако опыт, полученный в радиационной генетике, показал, что чувствительность половых клеток может очень отличаться от чувствительности других клеток (разд. 5.2.1.3). Для практических целей не так важно, обусловлены ли эти различия клеточным отбором или действительными различиями в индукции мутаций. Кроме того, у обоих полов отмечена неодинаковая чувствительность на разных стадиях развития половых клеток. По всем этим причинам проверка на мутагенность в соматических клетках не может дать информации, необходимой для вычисления оценок генетического риска. Однако методы цитогенетического тестирования in vivo очень ценны для получения оценок риска возникновения соматических мутаций, особенно тех из них, которые, возможно, приводят к раку.

При наличии генетического риска для потомства тестирование следует проводить на половых клетках млекопитающих. Если вещество оказывается мутагенным, необходимо учитывать возможные различия в метаболизме этого соединения между тестируемым животным и человеком, а также между индивидами внутри человеческой популяции.

Экстраполяция с высоких доз на низкие. Четвертая экстраполяция, часто бывающая необходимой, - это экстраполяция с высоких на низкие дозы химического вещества. Обычно в случае фармацевтических средств эта проблема не возникает, поскольку лекарства часто применяют в довольно высоких дозах. Такая проблема встречается главным образом, когда мы имеем дело с так называемыми мутагенами окружающей среды, то есть соединениями, которые воздействуют на многих людей в относительно низких дозах, но в течение длительного времени. В данном случае следует планировать эксперименты на животных, как можно лучше имитирующие реальную ситуацию, например подвергать их воздействию низких доз с течение 1-2 лет. Подобные опыты на мышах проводились с использованием кофеина и дали, к счастью для всех любителей кофе, отрицательные результаты [212]. Естественно, однако, что такие эксперименты дороги и отнимают много времени. Тем не менее их следует планировать для всех химических веществ, которые воздействуют на людей и которые проявили мутагенность при высоких дозах. Если мутагенные эффекты доказаны в случае приемлемо высоких доз, т. е. доз, не убивающих животное в результате другого, токсического воздействия, разумно считать это соединение мутагенным и при более низких дозах, если не доказано обратное.

Пороги в случае мутагенеза, вызванного факторами окружающей среды. При интерпретации результатов тестирования химических мутагенов следует рассмотреть концепцию порога. Обычно полагают, что появление случаев рака, обусловленных мутациями, прямо зависит от дозы. В этой концепции подразумевается, что в типичном токсикологическом исследовании осуществляется воздействие высоких доз вещества на относительно небольшое число животных. Если при высоких дозах развивается рак, эти результаты экстраполируют на низкие дозовые уровни (обычно и оказывающие влияние на человеческую популяцию) и предполагают, что это соединение канцерогенно. Такая экстраполяция пред-

270 5. Мутации

ставляется приемлемой, если не существует никакого порога, при воздействиях ниже которого рак, вероятно, не развивается. Полное и неопровержимое с научной точки зрения доказательство того, что порогов не существует, потребовало бы использования для каждого тестируемого вещества непомерно большого числа животных. Поскольку никаких исследований такого рода не проводилось, в целях максимального обеспечения защиты человеческого вида следует принимать пороговую модель (т. е. проводить линейную экстраполяцию к низким дозам). Должно быть ясно, однако, что если порог существует, экстраполяции этого типа будут вводить в заблуждение. Наличие такого порога с биологической точки зрения вполне реально ввиду наличия ферментов, репарирующих мутационные повреждения. Все эти соображения относительно канцерогенеза в равной мере приложимы к индукции мутаций в половых клетках. Иногда можно избежать выполнения необходимой здесь сложной и дорогой тестирующей программы.

Планируйте свою программу тестирования так, чтобы получить ответы на конкретные вопросы. Не каждое химическое вещество надо проверять на все возможные генетические эффекы в половых и соматических клетках. Программа проверки зависит от целей, которым служит данное соединение. Например, противозачаточные пилюли, воздействию которых подвергаются многие представительницы нашего вида, должны пройти тщательное тестирование на любую мутагенную активность в ходе оогенеза, особенно в течение «чувствительного» периода до и вскоре после зачатия. Однако было бы неразумно тестировать противозачаточные пилюли на мутагенность в мужских половых клетках.

Недавно было достигнуто согласие между множеством комитетов, занимающихся разработкой принципов проверки предлагаемых для широкого применения веществ на индукцию мутаций: вначале используются быстрые и недорогие методы вроде теста Эймса на точковые мутации и микронуклеусного теста на хромосомные аберрации [212]. Если эти тесты выявляют мутагенность, применяются более «подходящие», но занимающие много времени тесты m vivo на млекопитающих [1425]. Эта процедура сопряжена с риском потери веществ, давших «ложные отрицательные результаты» в простых тестах. Этого риска можно отчасти избежать, если вещества, имеющие особенно широкое использование и (или) подозреваемые на мутагенность на основании их химической структуры, тестируются в более «подходящих» системах, несмотря на отрицательные результаты, полученные в простых тестах.

Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 648 | Нарушение авторских прав