АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЗАЩИТА ЖИВОТНЫХ ОТ МУТАГЕНОВ

Последние десятилетия характеризуются интенсификацией производственных процессов в промышленном и сельском хо­зяйстве. В результате этого в окружающей среде — воздухе, почве, воде — накапливаются огромные количества веществ, часть из которых обладает мутагенной и тератогенной активнос­тью. Среди них особое значение имеют химические мутагены — ДДТ, гексахлорбензол и другие пестициды из класса хлорирован­ных углеводородов, которые способны накапливаться в живых организмах. В районах интенсивного сельского хозяйства источ­ником мутагенов являются нитраты.

Перевод животноводства на промышленные технологии в нашей стране сопровождался концентрацией поголовья живот­ных на ограниченных территориях ферм и комплексов, что вы­зывает повышение концентрации микрофлоры, в том числе воз­будителей различных болезней.

Вирусы, непосредственно внедряясь своим генетическим ап­паратом в геном клеток животных или через свои биологические субстраты, обладающие антигенными свойствами, могут стать сильным фактором индуцированного мутагенеза. Для профилак­тики и лечения бактериальных и вирусных инфекций, инвазий используют инактивированные, а также живые вакцины, сыво­ротки, широкий арсенал синтезированных фармакологических средств, что, безусловно, дает положительный эффект. Однако следует оценивать и побочные результаты ветеринарной терапии,

что может проявляться в повышении частоты нарушений хромо­сом и ДНК в половых и соматических клетках ^самих животных, изменениях программы развития их эмбрионов*

Вместо повышения жизнеспособности из-за такого рода мута­ций будут происходить ослабление резистентности, снижение продуктивности животных и т. д.

Особенно серьезную опасность представляют химические за­грязнения среды разведения животных. Если всего три десятиле­тия назад основным удобрением полей был перегнивший навоз, то сейчас в основном используют химические удобрения. Это приводит к концентрации в кормах нитритов и нитратов, вред­ное действие которых на организм известно. Второй фактор — борьба с вредителями полей, садов и огородов. Она основана также на применении химических соединений — пестицидов, ко­торые обладают очень сильными мутагенными свойствами. От­мечается, что большинство пестицидов устойчивы к химическо­му и биологическому разложению и имеют высокий уровень токсичности. Перечень вредных химических веществ, с которы­ми контактируют животные, огромен.

В этой связи важное значение имеет экологический мониторинг среды разведения животных, предусматривающий определение ха­рактера и уровня химических веществ в почве, воде, кормах и теле животных. Необходимо создание экологических карт хозяйств и ре­гионов, на которые наносится соответствующая информация.

Авария на Чернобыльской АЭС привела к радиоактивному загрязнению огромных территорий РФ, Украины и Белоруссии. Возникла глобальная проблема оценки генетических последствий этой катастрофы на различные биологические объекты, в том числе сельскохозяйственных животных.

Нами проведен анализ хромосом у коров швицкой породы в совхозе «Труд» Клинцовского района Брянской области. Хозяйство относится к зоне сильного загрязнения окружающей среды радио­нуклидами. В исследованных метафазах обнаружено 38,94 % аберра­ций. Соотношение разных типов аберраций было следующим:

Аберрации хромосомного типа, % В том числе парные фрагменты ацентрические кольца кольцевые хромосомы дицентрические хромосомы Аберрации хроматидного типа, % В том числе одиночные фрагменты межхромосомные обмены межхроматидные обмены

Радионуклиды, как отмечено выше, сами по себе являются мощным фактором индукции мутаций, прежде всего повреждая целостность хромосом и вызывая аберрации.

Но оказалось, что они при взаимодействии с химическими му­тагенами способны усугублять ситуацию. Во НИИ ветеринарной генетики и селекции (НИИВГиС) проводятся комплексные иссле­дования по эколого-ветеринарной генетике. Это раздел ветеринар­ной генетики, изучающий влияние различных экологических фак­торов на наследственность животных, устойчивость к заболевани­ям, сопряженную эволюцию микро- и макроорганизмов, генетическую обусловленность накапливать или выводить из орга­низма вредные вещества, генетически детерминированные реакции животных на лекарственные препараты и т. д. Одна из задач эко­лого-ветеринарной генетики — селекция животных на устойчивость к вредным физическим, химическим и биологическим факторам. Сотрудники НИИВГиС установили негативное влияние радиации и химических загрязняющих веществ на хромосомную нестабиль­ность, иммунный ответ к некоторым антигенам, гормональный статус и накопление химических элементов в тканях крупного рогатого скота. Проводится цитогенетический, иммуногенетичес-кий, иммунологический, химический и биохимический монито-ринги популяций сельскохозяйственных животных в экологически чистых и загрязненных районах Западной Сибири.

Неблагоприятная экологическая среда, характеризующаяся возрастанием уровня ионизирующей радиации, интенсивным ультрафиолетовым излучением и особенно действием токсичес­ких химических соединений, которыми сейчас в ряде регионов перенасыщены воздух, вода, почва и растения, повышенная кон­тактность животных с ретровирусами приводят к снижению уровня иммунитета и увеличению нестабильности генетического аппарата животных. Это может проявляться в форме образова­ния мобильных генетических элементов, способных к трансфор­мации в вирусы иммунодефицита — СПИДа у человека и анало­гичные им у животных.

Ученые подчеркивают, что проблема СПИДа (и родственных ему заболеваний, вызываемых ретровирусами — автономными генами, которые во многом сходны с вирусом иммунодефицита у человека) — это совершенно новая биологическая ситуация, с которой начинается широкое распространение приобретенной генетической патологии. При этом резкое ухудшение экологи­ческой ситуации можно считать ведущей причиной того, что именно во второй половине XX в. стали выходить из-под кон­троля процессы образования подвижных генов.

Методы эколого-генетического мониторинга в животноводстве. Увеличение частоты ранее известных или появление новых мутаций в последующих поколениях животных — показатель возрастающего действия мутагенов среды. В условиях конкретной экологической среды разведения животных важное значение имеет определение мутагенной активности как отдельных факторов, так и всего их комплекса. Здесь речь может идти о генетической активности лекар-

ственных препаратов, применении нетрадиционных кормовых до­бавок, гормональных обработок животных. Главное внимание, очевидно, должно уделяться анализу влияния на'стабильность ге­нома того или иного уровня загрязнения окружающей среды.

В настоящее время рекомендуется использовать следующие тесты генетической активности веществ: 1) генные мутации; 2) хромосомные аберрации; 3) обмены между сестринскими хрома­тидами; 4) микроядерный тест и др.

Для оценки частоты новых и старых возникших ранее (гене­тический груз) мутаций рекомендуется использовать цитогенети-ческий метод, анализ мономорфных систем белков, учитывать частоту врожденных аномалий, спонтанных абортов и мертво-рождений, соотношение полов в потомстве животных. Образова­ние хромосомной аберрации или необычного типа белка, кото­рых не было у родственных животных, служит доказательством вновь образовавшейся мутации.

Анализ частоты сестринских хроматидных обменов в лимфо­цитах крови дает возможность установить наличие генетической активности при воздействии на организм того или иного химичес­кого агента. Этот метод в 1972 г. предложили А. Ф. Захаров и Н. А. Еголина. Сущность его состоит в том, что в культивируемые in vitro лимфоциты, стимулированные для прохождения митозов фитогемагглютинином, вводят аналог тимидина 5-бромдезокси-уридин (БДУ). В зависимости от времени его добавки в среду (первый или второй клеточный цикл) он включается в одну или обе сестринские хроматиды. При соответствующей обработке пре­паратов и использовании красителя Гимзы под микроскопом можно видеть хромосомы с одной окрашенной (БДУ включился) и с другой неокрашенной хроматидами. В отдельных хромосомах наблюдают дифференциальную окраску хроматид — чередование темных и светлых участков. Это значит, что произошли измене­ния, т. е. обмены между сестринскими хроматидами (СХО). Вы­сокая частота СХО свидетельствует о мутагенном действии изуча­емого вещества, с которым контактировали клетки крови.

Этот метод дополняют анализом частоты разрывов хромосом, других аберраций, полученных от тех же животных, но лучше при сплошной окраске.

В последнее время предложен еще один чувствительный метод выявления мутагенности факторов среды — так называе­мый микроядерный тест. Дело в том, что дополнительные ма­ленькие ядра (микроядра) на окрашенных мазках крови образу­ются за счет целых хромосом или их фрагментов, которые при делении не включаются в основное ядро из-за повреждений. Наблюдается возрастание числа микроядер в эритроцитах млеко­питающих при воздействии мутагенов. Для этих же целей аде­кватные результаты может дать анализ частоты нерасхождений хромосом в клетках костного мозга на стадии анафазы.

Возрастание частоты злокачественных новообразований, в том числе и лейкозов у человека и животных, ученые обоснованно связывают с загрязнением окружающей среды. Установлено, что многие мутагены одновременно являются и канцерогенами — факторами, ведущими к злокачественной трансформации клеток. Следовательно, распространение в среде разведения животных генетически активных агентов может приводить не только к повышению частоты мутаций, но и к возрастанию частоты зло­качественных новообразований.

Эта проблема в ветеринарии — одна из актуальных и очень непроста для решения. Исследования ученых показали существо­вание РНК-содержащих или ретровирусов, способных при ин­фекции встраиваться в геном клеток животных и нарушать их генетическую программу. С другой стороны, в нормальных клет­ках млекопитающих признано существование участков ДНК, сходных по строению с РНК ретровирусов. Это так называемые протоонкогены, принимающие участие в контроле клеточного цикла. Последние, как полагают ученые, превращаются в онкоге­ны, что приводит к нарушению их экспрессии и развитию раково­го процесса. Толчком этого события могут быть вирусные инфек­ции, действие на организм физических и химических мутагенов.

Генетическая резистентность организмов при этом имеет зна­чение. Одни животные остаются только инфицированными рет-ровирусами, что обнаруживают по реакции иммунодиффузии или с помощью ДНК-зондирования, у других вскоре развивается лей­коз или другая форма рака. Для выявления устойчивости живот­ных к лейкозам важное значение имеет оценка стабильности ге­нома. Одними из таких критериев могут быть частота полиплои­дии, разрывов хромосом, изменчивость хромоцентров. По нашим данным, последний показатель у крупного рогатого скота, пред­расположенного к лейкозу, достоверно отличается от нормы.

АНТИМУТАГЕНЫ

Важная особенность антимутагенов — стабилизация мутацион­ного процесса до естественного уровня. Вещества с антимутаген­ными свойствами характеризуются способностью с различной степенью эффективности снижать уровни мутабильности. Им при­суща такая характеристика, как физиологичность действия. Дело в том, что, проявляя антимутагенные свойства в низких концентра­циях, некоторые из этих веществ в высоких дозах могут действо­вать как мутагены, например аргинин, глутаминовая кислота, си-линит натрия, стрептомицин, производные галловой кислоты.

Как показали наши исследования, передозировка витамина D2 при добавке его быкам привела к нарушению спермиогенеза. Генотоксическое действие выражалось в азоспермии и некро-спермии. Нами также установлено, что гипервитаминоз D стал

причиной развития врожденной аномалии у крупного рогатого скота, получившей название «синдром гиены». У этих животных отмечено повышение уровня аберраций хромосом и сестринских хроматидных обменов. Вместе с тем повышение концентрации других антимутагенов (токоферола, каротина, филлохинона и др.) не изменяет их действия.

Отдельные мутагены характеризуются специфичностью дейст­вия — они эффективны только по отношению к аберрациям хро­мосом или генным мутациям.

Механизм действия антимутагенов связывают с нейтрализа­цией мутагена до его взаимодействия с ДНК; предотвращением образования в процессе метаболической активности мутагенных продуктов из нетоксичных предшественников; активацией фер­ментных систем детоксикации поступающих из среды загрязни­телей; предотвращением ошибок в процессе репликации ДНК; активацией репарации и других внутриклеточных систем поддер­жания целостности генетического аппарата.

Установлено, что способностью снижать частоту мутаций обла­дают более 200 природных и синтетических соединений. Одна из наиболее изученных групп антимутагенов — витамины и провита­мины. Так, витамин Е (токоферол) в значительной степени снижа­ет мутагенное действие ионизирующих излучений и химических соединений, а также блокирует генотоксическое действие вирусов.

Хорошо изучен другой жизненно важный антимутаген — вита­мин С (аскорбиновая кислота). Введение этого витамина в раци­он способствует уменьшению частоты аберраций хромосом, вы­званных ионизирующими излучениями.

Витамин А (ретинол) и его предшественник — каротин, со­держащийся в растениях, снижают естественное и искусственное мутирование в клетках у животных, особенно вызванных дейст­вием промышленных загрязнений.

Известны также антимутагенные свойства витамина Ki (фил­лохинона). Животные, получающие в дополнение к обычному рациону филлохинон, лучше противостоят генотоксическому действию различных мутагенов промышленного происхождения.

Экспериментально показано антимутагенное действие пара-аминобензойной кислоты — предшественника фолиевой кислоты (витамина В), введение которой приводило к снижению дейст­вия алкилирующих соединений, ультрафиолетового и гамма-об­лучения путем усиления репарации.

Вторая группа соединений с выраженными антимутагенными свойствами — это отдельные аминокислоты (аргинин, гистидин, метионин, цистеин и др.).

Третью группу антимутагенов составляют некоторые ферменты (пероксидаза, НАДФ-оксидаза, глутатиолпероксидаза, каталаза и

ДР-)-

К четвертой группе антимутагенов можно отнести отдельные

фармакологические средства (интерферон, сульфаниламиды, гек-самидин, препараты фенотиазивного типа и др.).

Среди антимутагенов выделяют большую группу веществ, об­ладающих антиокислительными свойствами (производные галло­вой кислоты, ионол, оксипиридины, дигидропиридины и др.), а также группы комплексных соединений, входящих в состав раз­личных продуктов растительного и животного происхождения.

Таким образом, накопление мутагенов в биосфере поставило перед человечеством серьезную задачу разработки методов и под­ходов по защите генетического аппарата (ДНК) как самого чело­века, так и многочисленных форм и сообществ живой материи, обитающих на Земле. В противном случае мутационные измене­ния могут привести к самым тяжелым последствиям, вплоть до полного вымирания видов. Основные пути снижения концентра­ций вредных веществ в биосфере следующие: создание безотход­ных технологий, замкнутых циклов производства в промышлен­ности; переход от химических средств борьбы в сельском хозяйст­ве на безвредные биологические; создание устойчивых сортов растений, не требующих химических средств защиты, или без­опасных с генетической точки зрения пестицидов; повышение естественной резистентное™ животных путем биологизации тех­нологий кормления и содержания, выращивания молодняка; пле­менная работа, направленная на создание генетически устойчи­вых к болезням пород, линий, гибридов. Это будет ограничивать применение фармакологических средств, а также вакцин и сыво­роток. В перспективе все более широкую основу могут иметь узконаправленные вакцины, полученные генно-инженерным путем; выявление мутагенов в окружающей среде и их изъятие (компонентный подход). Хотя это и непросто, однако этот путь тоже будет применяться для снижения их воздействия на геном животных. Использование антимутагенов для снижения темпов мутирования, так называемый компенсационный подход, — наи­более реальное средство для защиты ДНК от необратимых изме­нений.

В селекционном плане актуальными задачами становятся вы­явление животных с нестабильными геномами и их браковка и отбор для воспроизводства особей со стабильными малочувстви­тельными к экстремальным факторам среды геномами.

Контрольные вопросы. 1. Что такое мутации и мутагенез? 2. Какие мутации наследуются и какие нет? 3. Каковы классификация и определения разных типов числовых и структурных аберраций хромосом? 4. Каковы возможные причины и механизмы образования хромосомных мутаций? 5. В чем состоит молекулярный механизм генных мутаций и характер их влияния на биосинтез белка? 6. Что такое спонтанные и индуцированные мутации? 7. Какова роль репарирующих систем в мутационном процессе?

Глава 11 ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОНТОГЕНЕЗА

Онтогенез — непрерывный процесс количественных и качествен­ных изменений, происходящих в организме в течение всей жизни при постоянном взаимодействии генотипа и условий среды.

Термины «онтогенез» и «филогенез» ввел в биологию немец­кий зоолог Е. Геккель. Он же сформулировал и обосновал (1866) биогенетический закон. Термин «онтогенез* означает процесс индивидуального развития особи, «филогенез* — история разви­тия вида. Согласно биогенетическому закону индивидуальное развитие особи (онтогенез) является как бы кратким повторени­ем (рекапитуляцией) филогенеза. А. Н. Северцов считает, что под филогенезом следует понимать ряд исторически отобранных онтогенезов. Филогенез реализуется в онтогенезе через наследст­венность, составляет основу онтогенеза и направляет онтогенез по пути, пройденному предками. В зиготе (оплодотворенной яйцеклетке) содержится записанная в структуре молекул ДНК генетическая информация о развитии будущего организма. В процессе онтогенеза происходит реализация генетической ин­формации в определенных условиях среды.

Онтогенез животных включает два основных взаимосвязанных процесса — рост и развитие. Под ростом понимают процесс увели­чения размеров организма, его массы, происходящий за счет на­копления в нем активных, главным образом белковых, веществ. В основе роста лежит увеличение числа и размеров клеток и некле­точных образований. Под развитием понимают качественные из­менения — процессы усложнения структуры организма, специали­зацию, дифференциацию и интеграцию его органов и тканей.

Одна из основных проблем биологии — выяснение вопроса: каким образом из одной-единственной клетки возникает множе­ство разнообразных типов клеток, значительно различающихся между собой строением, функцией, и как в процессе онтогенеза идет становление признаков и свойств организма? Проблема изучения механизма генетического контроля онтогенеза имеет не только теоретическое, но и практическое значение для успешно­го решения таких вопросов, как селекция животных и растений, профилактика и лечение генетически обусловленных болезней у животных и человека.

Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 1374 | Нарушение авторских прав