Программа фундаментальных исследований Президиума ран

Вид материала

Программа

Содержание ГНЦ Р.Ф- Институт медико- биологических проблем РАН Институт космических исследований РАН Влияние слабых полей термализованных нейтронов на структурную трансформацию макромолекул днк и разработка протекторных средств д А.Ю. Цивадзе, А.Г. Липсон, Г.П. Жижина, С.В. Васильева, , М.К. Бородин

Подобный материал:

• Программа фундаментальных исследований президиума ран «Биоразнообразие» 2005-2008,, 173.94kb.
• Распоряжение Президиума ран от 23 сентября 2008 г. №10104-653 "Об утверждении Порядка, 422.29kb.
• Программа отчетной конференции по программе фундаментальных исследований Президиума, 123.52kb.
• Программа Ассоциация этнографов и антропологов России Институт этнологии и антропологии, 1172.05kb.
• Программа ростов-на-Дону 2007 Конференция осуществляется при финансовой поддержке Российского, 406.02kb.
• Российская академия наук Программа фундаментальных исследований Президиума ран фундаментальные, 9808.28kb.
• Российская академия наук Программа фундаментальных исследований Президиума ран фундаментальные, 3754.56kb.
• П. П. Ширшова ран мгту им. Н. Э. Баумана XII международная научно-техническая конференция, 200.72kb.
• Проекты программы межрегиональных и межведомственных фундаментальных исследований (совместные, 423.42kb.
• Тезисы докладов, 3726.96kb.

ИССЛЕДОВАНИЕ БИОФИЗИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ МАЛЫХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ПОНИЖЕННОГО УРОВНЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА БИООБЪЕКТЫ И ВОДНУЮ СРЕДУ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ ДЛИТЕЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ МЕЖПЛАНЕТНЫХ ЭКСПЕДИЦИЙ

В.В.Цетлин ¹⁾, Т.К.Бреус²⁾, Т.С.Гурьева¹⁾, Ю.И.Гурфинкель²⁾,О.А.Дадашева¹⁾. М.А.Левинских¹⁾, С.И.Климов²⁾, Е.Л.Нефедова¹⁾,

^

¹⁾ГНЦ Р.Ф- Институт медико- биологических проблем РАН

²⁾ Институт космических исследований РАН

По радиационно- физическим условиям межпланетный пилотируемый полет к Марсу будет существенно отличаться от условий на Земле и на орбитах в околоземном пространстве как по составу имеющего высокую биологическую эффективность космического излучения, так и по величине индукции межпланетного магнитного поля. Исследования направлены на установление основ физико- химических и биохимических механизмов метаболизма в условиях облучения малыми дозами при мощности поглощенной дозы, превышающей в 50-1000 раз радиационный фон на поверхности Земли, и в условиях нормального и пониженного земного магнитного поля.

Целью исследований является оценка опасности, которую может представлять для здоровья экипажей пребывание в межпланетном полете. Для этого разработана и испытана методика хронического облучения биологических объектов, в которой для имитации радиационного воздействия выбраны: гамма- излучение источника ⁶⁰Co и нейтронное излучение от источника Pu(ά,n)Be. Облучение гамма- излучением обеспечивает равномерное поглощение энергии внутри объектов, а нейтроны с энергией до 10 МэВ имитируют нарушения биологических структур, вызываемые корпускулярным космическим излучением.

Проведены исследования эффектов пониженного магнитного поля на всхожесть семян различных высших растений. Получено, что в зависимости от видовой чувствительности снижалась всхожесть семян. В качестве примера осуществления управления процессом прорастания в целях снижения неблагоприятных воздействий низких доз радиации и пониженного магнитного поля семена обрабатывались марганцевокислым калием.

Исследования радиобиологических реакций высших растений показали, что хроническое облучение гамма- излучением вызывает стимуляцию всхожести семян и роста растений (т.н. радиационный гормезис), а нейтронное облучение во всех случаях снижает их всхожесть и энергию роста. Абсолютный эффект зависит от видовой чувствительности растений к радиационному воздействию.

Проведены радиобиологические исследования эмбриогенеза и постэмбрионального развития японского перепела. Гамма- облучение мощностью дозы 1500мкЗв/сут не вызвало каких- либо заметных изменений в развитии зародышей на всем периоде эмбриогенеза. Однако у части эмбрионов, ( как и у зародышей, развивавшихся в условиях космического полета станции МИР, ) были обнаружены различные морфологические нарушения. Процент нарушений в развитии эмбрионов перепелов в этих экспериментах в среднем составлял 15%. Количество эмбрионов с нарушениями развития были удивительно одинаковым для всех серий экспериментов, и не зависело от количества яиц, заложенных на инкубирование. Видно, что не все эмбрионы обладали необходимыми для выживания в условиях малых доз нейтронного излучения адоптивными свойствами. Результаты исследований показали, что выбранные условия радиационного облучения биообъектов, адекватны космическим условиям и неблагоприятно воздействуют на различные виды микроорганизмов, растений и животных Реакция исследованных биообъектов на малые дозы радиации зависит от их индивидуальной видовой чувствительности и радиационной стойкости.

Исследованы эффекты устойчивого изменения электрофизических и биологических свойств воды под действием малых доз радиации и пониженного магнитного поля. Показана роль воды в радиобиологических процессах в условиях низкого уровня радиолиза.


^

ВЛИЯНИЕ СЛАБЫХ ПОЛЕЙ ТЕРМАЛИЗОВАННЫХ НЕЙТРОНОВ НА СТРУКТУРНУЮ ТРАНСФОРМАЦИЮ МАКРОМОЛЕКУЛ ДНК И РАЗРАБОТКА ПРОТЕКТОРНЫХ СРЕДСТВ

ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГЕНОМА

^

А.Ю. Цивадзе¹, А.Г. Липсон¹, Г.П. Жижина², С.В. Васильева², , М.К. Бородин²,

Е.И. Саунин¹, И.А. Гагина¹

В течение второго года исследований (2007 г.) были изучено влияние слабых полей термализованных нейтронов на структурные превращения в растворах ДНК in vitro, а также их влияние на процессы репарации и выживаемости штаммов живых бактерий Е.coli (in vivo).

Облучение растворов ДНК, а также штаммов бактерий E. coli осуществляли путем внесения образцов в ультраслабое поле термализованных нейтронов (УПТН), представляющее собой разреженный нейтронный газ (с низкой нейтронной плотностью n ≤ 10^-1 см^-3, отвечающий нейтронному потоку 10 Ф_n ≤ 10² n/ccм² с распределением по энергиям, близким к Максвелловскому (средняя энергия < Е_n >1-10 kT). Радиационные повреждения в облученных различными дозами УПТН растворах ДНК (in vitro) и бактерий E. coli (in vivo) исследовали с помощью комплекса физико-химических методов, разработанных авторами проекта.

С целью поиска химических соединений - ингибиторов структурных изменений (в том числе, подавляющих индукцию двунитевых разрывов ДНК в последействии) было проведено облучение растворов ДНК (0,75-1,0 мг/мл) в Н₂О или D₂O (99,995% чистоты), содержащих 0,1 М NaCl. Эквивалентные дозы облучения УПТН не превышали 10 μGy, причем используемые мощности дозы УПТН были на порядок меньше применявшихся при облучении пленок ДНК на первом этапе проекта (2006 г.).

С помощью методов ИКС и электрофореза было установлено, что уже под воздействием сверхмалых доз УПТН макромолекулы ДНК в растворе подвергаются значительному конформационному изменению, сопровождающемуся образованием межмолекулярных сшивок. Результаты, полученные в исследованном диапазоне доз УПТН (10 μGy) , указывают на конформационную нестабильность макромолекул ДНК в растворах, возникающую даже при воздействии тепловой компоненты естественного космического нейтронного фона, наблюдаемого на поверхности Земли.

Изучение цито- и гено-токсической активности УПТН было проведено на живых клетках в опытах на диком и сертифицированом репарационно-дефектном (по репарации двунитевых разрывов ДНК) штаммах бактерий E.coli. Была обнаружена зависимость эффекта выживаемости от дозы и мощности дозы УПТН. Следует подчеркнуть, что наблюдалось повышение выживаемости (гормезис) в случае дикого и репарационно-дефектного штаммов бактерий E.coli при облучении в дозе 2,1-2,4 μGy (0,51 μGy/час) в условиях пониженной температуры (19-20^оС вместо 37^оС). Повышение дозы УПТН до 10,3 μGy в случае репарационно-дефектного штамма приводило к одинаковой выживаемости бактерий в контроле и опыте. Эти данные позволяют предположить, что выживаемость бактериальных клеток зависит не только от генетического контроля, но и от эпигенетических факторов, например, от состояния мембраны. В отчете возможные механизмы влияния экспозиции термических нейтронов будут обсуждены более подробно.

На следующем этапе исследований предполагается изучение влияния на результат воздействия УПТН на живые клетки E.coli активности системы Uvr ABC-эксцизионной репарации (репарирующей сшивки ДНК), SOS - репарационного ответа, RecBCD - и RecFOR- путей гомологической рекомбинации (рекомбинационной репарации) ДНК.

1-Институт физической химии и электрохимии РАН; 2- Институт биохимической физики РАН