Книги по разным темам Pages:     | 1 |   ...   | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 |   ...   | 40 |

Введение Ультравысокочастотное электромагнитное излучение, создаваемое мобильными телефонами стандарта GSM, может вызывать в клетках человеческого организма генетические изменения. В 2004 году были обнародованы итоги проекта REFLEX, в рамках которого ученые 12 институтов и лабораторий из семи стран Евросоюза изучали влияние сотовых телефонов на клетки живых организмов. Чем дольше клетки подвергались облучению и чем выше была его интенсивность, тем сильнее менялась структура ДНК. Одним из возможных последствий мутаций может стать рак. Исследования [1] показали, что изменения в ДНК наблюдались даже при уровне излучения 0,3 Вт/кг, тогда как мощность излучения GSM-телефонов может достигать 1 Вт/кг. В России подобных серьезных исследований не проводилось.

Перспективно исследовать воздействие излучения на высоко восприимчивых к нему биологических организмах, таких как микроорганизмы, грибы или растения. Мутации в клетках таких организмов происходят относительно быстро и могут быть отслежены с помощью специального оборудования. Растения, являясь эукариотическими организмами, оптимально подходят для анализа общего биологического действия УВЧ-излучения, так как на них (в отличие от микроорганизмов) можно регистрировать все типы генетических повреждений: геномные, хромосомные, генные. Кроме того, некоторые факторы, которые нельзя учесть при эксперименте с животными, могут быть оценены как мутагены только в растительных тест-системах, анализ же других факторов показывает хорошую корреляцию результатов тестирования на животных и растениях [2]. В качестве тестового объекта исследования был выбран лук Allium сера сорта Штутгартен, характерной особенностью которого является простота выращивания с минимальными затратами реактивов и технических средств.

Для создания фактора электромагнитного излучения в исследовании использовались два персональных мобильных телефона компании Motorola, модели С115 и С200, со сходными характеристиками излучения в ультра высоком диапазоне частот (УВЧ). Производителем заявлено, что максимальный удельный коэффициент поглощения (SAR) для С200 при испытании её в действии в положении около уха составляет 0,78 Вт/кг, а для С115 - 0,88 Вт/кг.

Также заявлено, что максимальное излучение не превышает предельного значения SAR (2,0 Вт/кг тела), а фактически может оказаться значительно меньше заявленного максимального значения.

Цели и задачи проекта Целью проекта является исследование воздействия мутагенного УВЧ-излучения на лук вида A.сера.

В процессе работы над проектом необходимо решить следующие задачи:

- подготовить препарат A.сера с использованием ана-телофазного метода учёта частоты хромосомных аберраций;

- визуально изучить сопутствующие немутагенные проявления воздействия УВЧизлучения на A.cepa;

- подобрать аппаратное обеспечение для получения цифровых изображений/видеопоследовательностей исследуемого препарата;

- разработать программное обеспечение для автоматизации исследования полученных изображений препарата.

Методы достижения цели Действие излучения сотового телефона оценивали с использованием ана-телофазного метода учёта частоты хромосомных аберраций в меристематических клетках проростков корешков лука A.сера [2, 3]. Данный метод не требует знания кариотипа и идентификации типов повреждения хромосом, является простым, экономичным и достаточно чувствительным для определения мутагенен или не мутагенен фактор. Метод позволяет регистрировать хромосомные мутации типа делеций и транслокаций, а также изменение поведения хромосом на веретене деления.

Образцы корешков лука были разделены на 3 группы (X - контрольная серия, для определения спонтанного уровня хромосомных аберраций; ХХ - серия, облучаемая 3 часа в период проращивания; ХХХ - серия, экспонируемая облучением в течение 2 недель по 2 часа в сутки и 3 часа в период проращивания). После завершения опыта уточнялась длина корешков для деления их на группы MAXI (длиной от 1 см) и MINI (длиной менее 1 см). Срезанные корешки помещали на 36 - 48 часов в фиксатор Кларка (96% этиловый спирт и ледяная уксусная кислота в соотношении 3:1). Окраску корешков производили 2% ацетоорсеином (1 г орсеина растворяли в 50 мл горячей уксусной кислоты, доводили до кипения, фильтровали) в фарфоровых тиглях. Корешки предварительно отмывали от фиксатора в 2 - 3 порциях дистиллированной воды, помещали в тигель с красителем. Тигель нагревали над пламенем спиртовки до появления паров на покровном стекле (начало тайного кипения). В красителе корешки оставляли на 24 - 36 часов.

Для выявления влияния излучения готовили временные давленые препараты корневых меристем. Окрашенные корешки отмывали от красителя в 45% уксусной кислоте. Лезвием отрезали кончик корешка длиной 2 - 3 мм, помещали на предметное стекло в каплю уксусной кислоты, накрывали покровным стеклом и с помощью спички раздавливали до получения монослоя клеток.

Для анализа препаратов была подобрана подходящая аппаратная часть, которая позволила производить автоматическую съемку и отправлять снимки препарата для обработки на компьютер.

На основе анализа возможностей различного оборудования, применяемого в микроскопии, было принято решение использовать в качестве системы ввода набор, состоящий из микроскопа МБС-10 и цифровой фотокамеры Olympus Camedia C-7070. Бинокулярный стереоскопический микроскоп МБС-10 с увеличением до 100 крат предназначен для наблюдения миниатюрных деталей объемных предметов как при искусственном, так и при естественном освещении в отраженном и проходящем свете. Через специальный адаптер микроскоп соединяется с объективом фотоаппарата Olympus C-7070, который благодаря высокому разрешению снимков 30722304 пикселей позволяет передать даже мельчайшие детали объекта. Исследуемый образец помещался на предметное стекло микроскопа, оператор производил снимок, который через интерфейс USB поступал в компьютер, и затем обрабатывался программными средствами.

Рис. 1. Программно-аппаратный комплекс для анализа препаратов A.сера Для задачи анализа облученного образца A.сера был предварительно подобран специальный ряд настроек, который был сохранён драйвером камеры в виде файла и автоматически загружался при проведении опытов.

Результаты работы Для оценки мутагенной активности УВЧ излучения мобильных телефонов учитывалось общее количество клеток (около 600), общее число делящихся клеток на стадии ана- и телофазы и число клеток с хромосомными аберрациями. Вычисляли частоту хромосомных аберраций (ХА) - процент клеток с мутациями от общего числа ана- телофаз. Эта величина является показателем мутагенной активности.

Частота ХА рассчитывается по формуле:

n XA,% =100%, (A+T ) где n - количество аберрантных ана- и телофаз, (А+Т) - общее количество ана- и телофаз на всех анализируемых изображениях.

Стояла задача подсчитать число клеток с мутациями и общее число клеток на стадиях ана- и телофазы на ряде изображений, полученных с помощью фотокамеры Olympus C-7070.

Необходимо решить две типичные задачи распознавания образов: нахождение объектов на изображении (клеток) и классификация выделенных объектов (распределение клеток по фазам и выявление мутаций).

Для решения этих задач начата разработка специального программного обеспечения на основе существующей программы Анализатор изображений для световой микроскопии [5].

Зарегистрированное изображение проходит три стадии обработки.

Первая стадия - предобработка - включает в себя удаление шума и различных искажений, которые в ряде случаев возникают при регистрации снимков. Для восстановления изображения предлагается использовать линейную и медианную цифровую фильтрацию, выравнивание гистограммы, настройку яркости и контрастности.

На второй стадии (анализа) производится выделение кластеров на изображении.

Процедура выделения кластеров включает операции детектирования краев объектов, утолщение контуров, заполнение объектов. Исходное изображение переводится в бинарное представление с помощью фильтра Собеля и затем обрабатывается с помощью морфологических операций.

На третьей стадии обнаруженные в результате этих преобразований клетки нужно отнести к одной из фаз митоза в клеточном цикле: интерфаза, профаза, метафаза, анафаза или телофаза (рис. 2). В нашем исследовании важны только клетки, находящиеся в ана- или телофазе.

а) интерфаза б) профаза в) метафаза г) ана- и телофаза Рис. 2. Фазы клеточного цикла Для определения принадлежности клетки к той или иной фазе в программе используется методика распределения объектов по признакам-дескрипторам. У каждого объекта на изображении вычисляются и образуют n-элементный вектор x = (x1, x2,.., xn) основные дескрипторы: площадь, периметр, фактор круга, средняя яркость объекта и др.

Пользователем программы определяются эталоны для каждого класса объектов (для каждой фазы клеточного цикла). У каждого j-го эталона также вычисляется вектор признаков zj = (z1j, z2j,.., znj ). Объект считается принадлежащим к j-му классу объектов, если норма вектора разности x- zj является минимальной:

n x - zj = x - zj = (x - zij)2.

i min i Результат изучения хромосомных аберраций в образцах A.сера, разделенных на три группы Х, ХХ и ХХХ по фактору влияния УВЧ-излучения, приведен на рис. 3.

Рис. 3. Хромосомные аберрации и отставания (мутации) На диаграмме рис. 3 явно прослеживается закономерность возрастания количества мутаций и прочих генетических нарушений с увеличением продолжительности воздействия УВЧ-излучения на живой организм. Таким образом, чем дольше и чаще происходит воздействие, тем серьёзнее будут последствия для организма.

Кроме изучения ХА и прочих генетических нарушений были исследованы: длина корней и митотические индексы. Результаты исследования приведены на рис. 4 и 5.

Было установлено, что с увеличением дозы облучения возрастает и длина корневой системы лука (рис. 4), что связано со стимулирующим эффектом электромагнитного излучения на растительную систему. Данный эффект хорошо известен и используется в сельском хозяйстве при проращивании зёрен пшеницы.

Рис. 4. Среднее значение длины корешков лука после 3 дней проращивания Для группы Mini также был проведен расчет митотического индекса (MI,%). На рис. 5, где представлены результаты опыта, чётко видно, что митотический индекс группы закономерно уменьшается с увеличением продолжительности воздействия излучения. Этот митотоксический эффект выражается в меньшей скорости роста корешков группы Mini или его полном прекращении.

МI,% группы Mini XXX XX X 0 2 4 6 8 X XX XXX 7,230614662 6,268768749 4,МI,% Рис. 5. Митотический индекс группы Mini Выводы и рекомендации Исследования влияния УВЧ-излучения сотового телефона на A.сера позволили установить следующие факты:

- активное УВЧ-излучение обладает митотоксическим действием;

- при умеренном воздействии излучения (3 дня по часу в сутки) частота хромосомных аберраций (мутаций) в образце A.сера возрастает на 0,8% по сравнению с самопроизвольным (спонтанным) уровнем мутаций, составляющим 1,10,34%, и оказывается равным 1,90,4%,;

- при длительном воздействии (2 недели по часу в сутки) излучения частота хромосомных аберраций (мутаций) в образце A.сера возрастает на 1,83% по сравнению с самопроизвольным (спонтанным) уровнем мутаций и составляет 2,930,5%.

- увеличение продолжительности воздействия УВЧ-излучения значительно увеличивает частоту генетических нарушений в клетках.

В процессе проведения исследования:

- подобрано аппаратное обеспечение для получения цифровых фотографий препарата A.сера;

- разработана программа для автоматизации процесса исследования полученных изображений препарата.

Проведенное исследование показывает, что УВЧ-излучение сотовых телефонов стандарта GSM оказывает значительное влияние на количество мутаций в клетках растительных организмов, характерным представителем которых является A.сера. Дальнейшие исследования необходимо провести на животных организмах, чтобы полученные результаты можно было спроецировать на человека. Кроме того, можно было бы накопить значительную статистическую базу и повысить достоверность результатов, проведя работу по накоплению эталонных изображений фаз, определению оптимального набора параметров и разработке дополнительных модулей для улучшения функционирования программно-аппаратного комплекса.

Публикации по теме проекта:

1. Risk Evaluation of Potential Environmental Hazards from Low Energy Electromagnetic Field (EMF) Exposure Using Sensitive in vitro Methods: Project Progress Summary 1.02.2000 - 31.03.2004. ( 2. Растительные тест-системы для оценки мутагенов / Сост. И.М. Прохорова.ЦЯрославль, ЯрГУ, 1988.

3. Sharma C.B. Plant meristems as monitors of genetic toxicity of environmental chemicals // Current science. 1983. V.52, № 81. 1983. - P. 1000 - 1002.

4. Оценка митотоксического и мутагенного действия факторов окружающей среды: Метод.

указания / Сост. И.М. Прохорова, М.И. Ковалёва, А.Н. Фомичёва; ЯрГУ. Ярославль, 2003.

5. Никитин А.Е., Апальков И.В. Анализатор изображений для световой микроскопии // Матер. докл. XV междунар. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых Ломоносов, подсекция Медицинская физика. - М.: Изд-во МГУ; СП МЫСЛЬ, 2008. - С.12.

6. Романовский А.В. Влияние активного излучения сотового телефона на растительную меристему // Современные проблемы биологии, экологии и химии: материалы региональной научной студенческой конференции. Яросл. гос. ун-т. - Ярославль : ЯрГУ, 2008. - С. 50-55.

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТКАНЕЙ ОРХИДНЫХ, ОБЛАДАЮЩИХ ФУНГИЦИДНОЙ АКТИВНОСТЬЮ Целебровский М.В., аспирант Научные руководители Шеховцова Н.В., к.б.н., доцент; Маракаев О.А., к.б.н., доцент Введение Ткани подземных органов орхидных обладают фунгицидной и фунгистатической активностью, обусловленной синтезируемыми в них фенольными соединениями [6, 8, 14, 16, 17]. К их числу также относится орхинол, который накапливается в тубероидах (запасающих органах) и является фитоалексином. Эти вещества образуются в ответ на поражение подземных органов растений грибом, и являются ведущим биохимическим фактором, регулирующим его развитие [15]. Таким образом, орхидея на протяжении всего онтогенеза контролирует с помощью метаболитов состояние гриба [12, 19].

Фунгицидная и фунгистатическая активность тканей подземных органов орхидных представляет большой практический интерес в связи с возможностью ее использования в биотехнологии для создания экологически безопасных комплексных биофунгицидов.

Pages:     | 1 |   ...   | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 |   ...   | 40 |    Книги по разным темам