Наследование снижения спонтанной двигательной активности у

Радиация и риск. 2008. Том 17. № 3
Научные статьи
Наследование снижения спонтанной двигательной активности
у одноклеточных гидробионтов Spirostomum ambiguum
после γ-облучения в малых дозах
Сарапульцева Е.И., Иголкина Ю.В.
Обнинский государственный технический университет атомной энергетики (ИАТЭ), Обнинск
В популяции инфузорий Spirostomum ambiguum при очень малой для объекта дозе радиации
– 0,01 Гр наблюдается устойчивое снижение спонтанной двигательной активности особей.
Повреждение наследуется при вегетативном размножении на протяжении многих клеточных
генераций (прослежены до 12-15 поколений). Изменения проявляются у значительного числа
особей. Они отличаются от обычно изучаемых радиационных клеточных эффектов независимостью от величины дозы. Рассматривается значение полученных результатов в связи с
проблемой радиационной опасности.
Ключевые слова: ионизирующее излучение; малые дозы; одноклеточные гидробионты;
двигательная активность; наследование; радиационная опасность.
Спиростомы широко распространены в природе. Они обитают в планктонном слое пресноводных водоемов [6]. Этих простейших, как и других инфузорий, относят к высоко радиорезистентным объектам. Их повреждение зарегистрировано в литературе при дозах порядка сотен и более Грей [7, 8]. Между тем нами [5] было показано, что уже после облучения в столь
малой дозе, как 0,1 Гр, у подавляющего большинства спиростом через час после воздействия
наблюдается выраженное снижение спонтанной двигательной активности (СДА) по сравнению
с контролем. Эти нарушения не возрастали с увеличением дозы в очень большом дозном интервале (вплоть до 850 Гр), что не укладывается в рамки принятых представлений о действии
радиации на клетку. В то же время указанные данные оказались созвучными результатам работ
[1-3], в которых у разных объектов, в том числе инфузорий других видов (Paramecium caudatum
и Climacostomum virens), помимо традиционно изучаемых клеточных изменений, возрастающих
с увеличением дозы, обнаружены особые массовые дозонезависимые («нестохастические»)
эффекты, которые индуцируются уже низкими дозами радиации. Данные эффекты были выявлены по признаку повышения вероятности клеточной гибели. При этом в опытах с простейшими
было показано, что указанные необычные нарушения имеют место не только в ранние, но и в
отдаленные сроки после облучения. Они сохранялись без признаков репарации на протяжении
неопределенно большого ряда клеточных поколений – наследовались [1, 3]. В связи с этим нам
представилось интересным выяснить: подчиняются ли этим же закономерностям обнаруженные нами у спиростом нарушения СДА, наследуются ли и они потомками особей, облученных в
диапазоне относительно малых доз. Такие наблюдения важны как для изучения проблем радиационной опасности, так и для общей радиобиологии.
Сарапульцева Е.И.* – научный сотрудник ИАТЭ; Иголкина Ю.В. – научный сотрудник ИАТЭ.
* Контакты: 249040, Калужская обл., Обнинск, Студгородок 1. Тел.: (48439) 3-69-31; e-mail: [email protected].
54
Радиация и риск. 2008. Том 17. № 3
Научные статьи
Материалы и методика
Инфузории Spirostomum ambiguum имеют относительно большие размеры (длина 1-3 мм,
диаметр 0,3-0,5 мм), что позволяет наблюдать за ними при небольшом увеличении (×17). Эти
гидробионты неприхотливы и хорошо размножаются в лабораторных условиях на дехлорированной водопроводной воде. Спиростом культивировали в биологических пробирках при температуре 20±1оС в виде массовой культуры. Воду после дехлорирования отстаивали не менее
3 суток, а затем отфильтровывали через обеззоленный фильтр. Питание осуществляли пищевыми дрожжами один раз в неделю. Культуру поддерживали в логарифмической фазе роста
путем регулярных разбавлений суспензии. Спиростом для облучения брали из массовой культуры через 3 суток после кормления. Их облучали в пробирках в объеме 6 мл. Облучение проводили на установках «Исследователь» (Россия,
60
Co, 48 Гр/мин) и «γ-cell» (Канада,
60
Co,
18 сГр/мин) в дозах 0,01; 0,1; 1; 20; 50, 100; 200; 500; 850; 1000 и 1500 Гр.
СДА исследовали у особей, которых отбирали из массовых культур на разных сроках после облучения и в контроле, а затем помещали в лунки специальной камеры. В соответствии с
имеющимися методическими разработками [4], за каждой из спиростом наблюдали под микроскопом МБС-10, в окуляр которого был помещен визир. Количественной мерой СДА служило
число пересечений инфузорией визира окуляра микроскопа за 1 мин. Этот эспресс-метод позволял получать убедительные результаты уже сразу после облучения.
Результаты
обрабатывали
®
®
Microsoft Excel'2003 SR-2 Origin
статистически
с
использованием
программы
по параметрическому критерию Стьюдента. Стандартную
ошибку для процента измененных показателей СДА оценивали по формуле:
m(%) = ±
P ( 100 − P )
,
n
где Р – показатель СДА в опыте, %; n – численность спиростом в экспериментальной группе.
Результаты и обсуждение
Выше мы цитировали работу [5], в которой при наблюдениях за СДА непосредственно
облученных спиростом было обнаружено, что уже при дозе 0,1 Гр имеет место значительное
снижение этого показателя по сравнению с контролем. В таблице представлены результаты
изменения СДА в контроле в трех сериях опытов при еще более низкой дозе 0,01 Гр. Видно, что
и в этом случае средние показатели СДА спиростом достоверно ниже, чем в контроле. Они хорошо воспроизводятся во всех сериях опытов, отличаясь от контроля в среднем на 57 %.
Рассмотрим результаты изменения СДА после облучения в диапазоне доз 0,01-1500 Гр.
Они представлены на рис. 1. Видно, что эффект снижения СДА сохраняется примерно на одном
уровне вплоть до 850 Гр.
55
Радиация и риск. 2008. Том 17. № 3
Научные статьи
Таблица
Показатели СДА в контроле и после облучения в дозе 0,01 Гр
в трех сериях опытов (M±
±m)
№ серии
Контроль
Опыт
Изменения, %
1
2
3
2,0±0,2
2,2±0,1
2,5±0,2
0,8±0,4
1,4±0,3
1,1±0,1
40,0±5,8
*
63,6±6,2
*
44,0±7,0
Среднее значение
2,1±0,2
1,1±0,2
57,1±6,3
*
*
* Отличия опыта от контроля достоверны при р<0,05.
%
100
а)
50
0
0,01
0,1
1
10
%
100
а)
50
б)
Доза, Гр
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Рис. 1. Зависимость СДА спиростом (в % относительно контроля) от величины
дозы радиации от 0,01 до 100 Гр в полулогарифмическом масштабе (а)
и от 0,01 до 1500 Гр в линейном масштабе (б).
56
100
Доза, Гр
Радиация и риск. 2008. Том 17. № 3
Научные статьи
Теперь рассмотрим данные о СДА спиростом в потомстве облученных клеток. На рис. 2
представлена зависимость СДА от величины дозы радиации через 4, 14, 21 и 30 суток после
воздействия. Эффект выражен в % по отношению к контролю (в контроле и при каждой из доз
на всех временных периодах использовано по 60 особей). Настоящее исследование показало,
что изучаемая реакция проявляется не только сразу после воздействия, но и в отдаленные сроки после него, даже через 30 суток, на протяжении которых у спиростом сменилось множество
клеточных генераций (средняя продолжительность клеточного цикла у спиростом составляет 2
суток [8]). Мы видим поразительное единообразие картины во всех случаях. На всех сроках исследования уже при дозе 0,01 Гр наблюдается явное угнетение функции движения инфузорий,
степень которого не возрастает с ростом дозы даже при ее увеличении в 50000 раз (до максимальной из использованных в настоящей работе доз – 500 Гр). При этом эффект практически
не меняется во времени. Продемонстрированные нами во всех случаях значительные отклонения СДА от контроля говорят о массовом проявлении изменений описанного типа.
100
б)
%
а)
%
100
50
50
0
0
0,01
0,1
1
20
50
100
200
0
500
0
в)
%
100
100
50
0,01
0,1
1
20
50
100
200
500
г)
%
50
0
0
0
0,01
0,1
1
20
50
100
200
500
0
0,01
0,1
1
20
50
100
200
500
Доза, Гр
Рис. 2. Зависимость СДА спиростом от величины дозы радиации в диапазоне 0,01-500 Гр
через 4 (а), 14 (б), 21 (в) и 30 (г) суток после воздействия (в % относительно контроля).
Итак, можно сделать вывод, что изменения СДА, индуцируемые облучением уже в очень
малых дозах, наследуются при вегетативном размножении спиростом. Этот вывод подчеркивает опасность действия радиации на исследованных представителей биоты.
Совокупность полученных данных указывает на необходимость дальнейших исследований эффекта, прежде всего к установлению доз радиации, которые еще не вызывают описанное повреждение. Это, на наш взгляд, обогатит представления о биологическом действии радиации в малых дозах и откроет новые подходы к оценке радиационной опасности.
57
Радиация и риск. 2008. Том 17. № 3
Научные статьи
Литература
1.
Бычковская И.Б. Метод наблюдения за наследованными летальными эффектами у простейших
2.
Бычковская И.Б. Особые клеточные эффекты и соматические последствия облучения в малых дозах
//Цитология. 1978. Т. 20, № 6. С. 700-704.
/И.Б.Бычковская, Р.Ф.Федорцева, П.В.Антонов и др. СПб: СПМКС, 2006. 150 с. (http://irbb.ucoz.ru).
3.
Бычковская И.Б. Проблема отдаленной радиационной гибели клеток. М.: Энергоатомиздат, 1986.
160 с.
4.
Мелехова О.П., Сарапульцева Е.И., Евсеева Т.И. и др. Биологический контроль окружающей среды:
биоиндикация и биотестирование: Учебное пособие /Под ред. О.П.Мелеховой и Е.И.Сарапульцевой.
М.: Академия, 2008. С. 216-220.
5.
Сарапульцева Е.И. Спонтанная двигательная активность инфузорий Spirostomum ambiguum после
γ-облучения в широком диапазоне доз как информативный метод биотестирования //Радиационная
биология. Радиоэкология. 2008. Т. 48, № 3. С. 353-355.
6.
Шарова И.Х. Зоология беспозвоночных. М.: ВЛАДОС, 1999. 280 с.
7.
Choppin G., Rydberg J., Liljenzin J.O. Radiochemistry and Nuclear Chemistry. Butterworth-Heinemann
Ltd., 1995. P. 473-512.
8.
Wichterman R. The biology of paramecium. New York: Blakiston Comp. Inc., 1953. 398 p.
Inheritance of spontanous motional activity decreas in unicellular hydrobiontes
Spirostomum ambiguum γ-irradiation at low doses
Sarapultseva E.I., Igolkina J.V.
Obninsk State Technical University for Nuclear Power Engineering (IATE), Obninsk
Stable lowering of spontaneous motion activity is observed in a very low for this object dose
0.01 Gy in a population of paramecium Spirostomum ambiguum. This injure inherits in vegetative
reproduction in a lot of cellular generations (12-15 generations were observed). It takes place in a
number of individuals. Doses-independence distinguishes this injure from usual radioactive cellular
effects. Significance of these results is taken up in connection with the problem of low doses of radioactive danger.
Ключевые слова: ionizing radiation; low doses; unicellular hydrobiontes; motional activity;
Inheritance; radioactive danger.
58