Желнина Н.В., Чернова Г.В., Соловьева Т.Е.
Калужский государственный педагогический университет им. К.Э.Циолковского, Лаборатория проблем биологического действия электромагнитных излучений Россия, 248023, Калуга, ул. Ст. Разина, 26, к. 240
Труды второй международной конференции "Неионизирующие электромагнитные излучения в биологии и медицине". Калуга: КГПУ им. Циолковского, 2002. С.104-110.
В настоящее время большой экспериментальный материал, свидетельствующий об успешном применении электромагнитного излучения крайне высокой частоты (ЭМИ КВЧ) в клинической практике, позволяет оценить его как неспецифический фактор, оказывающий гармонизирующее воздействие на многие системы организма и повышающий его адаптивный потенциал [3]. Вместе с тем, влияние указанного фактора на функционирование репродуктивных систем, развитие гамет и сопряженные с ним генетические процессы исследовано недостаточно. Весьма немногочисленны исследования эффективности ЭМИ КВЧ в отношении наследственных структур клеток и процессов, обеспечивающих их стабильность и изменчивость.
Одним из источников генотипической изменчивости и одновременно своеобразным показателем стабильности наследственного материала гамет является универсальный процесс точного молекулярного спаривания хромосом в мейозе и обмена гомологичными последовательностями ДНК (кроссинговер), обеспечивающий рекомбинацию генов [4]. Высокая чувствительность рекомбинационного процесса к разнообразным воздействиям, а также важное эволюционное значение изменений уровня и спектра ре-комбинационной изменчивости [4] дают основание изучать индуцированные изменения частоты мейотической рекомбинации в качестве меры действия различных факторов [1], в том числе и ЭМИ КВЧ. Выше указанное определило проведение настоящей работы, целью которой явилось изучение особенностей рекомбинационной эффективности ЭМИ КВЧ в зависимости от параметров воздействия и функционального состояния облучаемого организма.
В качестве объекта исследований нами была использована Drosophila melanogaster M. (Drosophilidae, Diptera) линий: Д-32 - "дикий тип"; bcnvg -black (II; 48,5), cinnabar (II; 57,5), vestigial (II; 67,0) [9]. Указанные линии содержались в условиях, обеспечивающих оптимальное развитие особей данного вида [5]. Воздействию ЭМИ КВЧ подвергали гетерозигот b+ cn+ vg+ /bcnvg на стадии куколки (на стадии 24-38 часов куколочного развития) или имаго (в возрасте 2-3 суток после вылета). Синхронизацию объекта производили по [б]. Воздействие осуществлялось излучением с шумовым спектром, достаточно равномерно распределенным в диапазоне частот 53,57 - 78,33 ГГц (длины волн от 5,6 до 3,8 мм). При этом типичная мощность излучения составляла около 1,0 мкВт, спектральная плотность мощности шума - 4·10-17 Вт/Гц. Влияние ЭМИ КВЧ исследовали при различных режимах облучения (время экспозиции составляло 1, 10, 20 и 30 мин). В качестве источника ЭМИ КВЧ использовали аппарат КВЧ-терапии шумовым излучением «АМФИТ-0,2/10-01».
Во всех экспериментах опытных и контрольных гетерозигот включали в анализирующее скрещивание и помещали на чистую питательную среду. В случае облучения объекта на стадии куколки период размножения родительских форм составлял 8 суток (два этапа по 4 суток; по окончании первого этапа родительских особей переносили на свежую среду, в конце второго - устраняли из эксперимента). В случае облучения гетерозигот на стадии имаго 1 этап исследования продолжался 5 суток, после чего мух дважды пересаживали на питательную среду через 4 суток (II и III этапы исследования). Выбор стадий воздействия НИЛИ и продолжительность размножения родительских форм определялись особенностями гаметогенеза у D. melanogaster [6]. Оценку уровня рекомбинационной изменчивости производили при использовании маркерного анализа потомства экспонированных гетерозигот с учетом дифференциальной жизнеспособности различных генотипов [2,7,8,10].
Результаты исследования влияния ЭМИ КВЧ на частоту мейотической рекомбинации показали, что изучаемый фактор обладает рекомбинационной эффективностью. В большинстве случаев ЭМИ КВЧ проявляло себя как антирекомбиноген. Рекомбинационный эффект данного типа ЭМИ в значительной степени зависел от стадии развития объекта исследования и периода его постэкспозиционного размножения. При этом вызываемая ЭМИ КВЧ модификация кроссинговера носила дифференцированный характер в различных исследуемых сегментах хромосомы 2, являясь результатом взаимодействия типа сегмент-доза-стадия.
Так, в случае облучения объекта на стадии куколки в прицентромерном районе b-сn наблюдалась активация рекомбинационного процесса на II этапе исследования в результате применения ЭМИ КВЧ продолжительностью 1 и 20 минут (Рис. 1). При этом на I этапе, а также по данным двух этапов исследования статистически значимых изменений уровня рекомбинации отмечено не было.
В интервале cn-vg на I этапе исследования воздействие ЭМИ КВЧ в течение 1, 10 и 20 минут оказалось неэффективным (Рис.2). Облучение объекта продолжительностью 30 минут привело к снижению частоты кроссинговера. На II этапе и по результатам всего периода размножения применение указанного фактора в течение 1 минуть! не оказало влияния на рекомбинационные процессы, в то время как воздействие ЭМИ КВЧ продолжительностью 10, 20 и 30 минут привело к достоверному снижению частоты рекомбинационных событий (Рис. 2).
В интервале b-vg хромосомы 2 на I этапе исследования воздействие ЭМИ КВЧ не привело к достоверным изменениям уровня рекомбинации. На II этапе, а также по данным двух этапов исследования изучаемый фактор оказывал антирекомбиногенное действие при экспозициях 10, 20 и 30 минут (Рис.3).
Иной характер рекомбинационного ответа исследуемых сегментов хромосомы 2 на применяемое воздействие наблюдался в случае облучения самок-гетерозигот на стадии имаго. Так, в интервале b-cn облучение взрослых особей продолжительностью 1 минута привело к достоверному снижению уровня рекомбинации на I, II, III этапах и по результатам всего периода размножения (Рис.4). Антирекомбиногенный эффект ЭМИ КВЧ, применяемого в течение 10 и 20 минут, был отмечен на III этапе исследования. При этом снижение частоты кроссинговера при экспозиции 10 минут отразилось на результатах всего периода размножения.
В интервале cn-vg антирекомбиногенное действие ЭМИ КВЧ проявилось на I этапе при экспозиции 1 минута, а по результатам трех этапов исследования - при облучении продолжительностью 10 и 30 минут (Рис.5). На II и III этапах размножения воздействие изучаемого фактора оказалось неэффективным.
В районе b-vg ЭМИ КВЧ, применяемое в течение 1 и 30 минут, привело к снижению уровня рекомбинации на I этапе исследования (Рис.6). Вместе с тем, на II этапе воздействие данного фактора продолжительностью 20 минут обусловило некоторое повышение частоты рекомбинационных событий. На III этапе исследования облучение не оказало влияния на рекомбинационные процессы, в то время как по данным всего периода размножения каждый из применяемых нами режимов воздействия (1, 10, 20 и 30 минут) характеризовался антирекомбиногенной эффективностью.
Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют полагать, что ЭМИ КВЧ при используемых нами режимах облучения способно оказывать прямое или опосредованное влияние на структурное и функциональное состояние наследственного материала гамет, изменяя характер протекания совокупности процессов, обеспечивающих оптимальный уровень рекомбинации. При этом зависимость рекомбинационной эффективности от параметров облучения, периода гаметогенеза и функционального состояния облучаемого организма требуют дальнейшего изучения и учета при оценке адаптивного значения применяемого ЭМ воздействия.
Литература
1.Алиханян С.И., Акифьев А.П., Чернин Л.С. Общая генетика.- М.: Высшая школа, 1985.- 448с.
2.Бейли Н. Математика в биологии и медицине. - М.: Мир, 1970.-326с.
3.Быстрова Н.К., Садырина Е.В., Сидоров В.В. Оценка состояния и механизмов регуляции кровотока кожи при действии электромагнитного излучения крайне высокой частоты //Электромагнитные излучения в биологии (БИО-ЭМИ-2000). Труды международной конференции. - Калуга: Издательство КГПУ им. К.Э. Циолковского, 2000.- С.56-59.
5.Медведев Н.Н. Практическая генетика. - М.: Наука, 1968.- 294с.
6. Проблемы генетики в исследованиях на дрозофиле / Под ред. Н.Н. Хвостовой. - Новосибирск: Наука, Сибирское отд., 1977.- 248с.
7. Bailey N.T.J. Introduction to the Mathematical Theory of Genetic Linkage.- Oxford: Clarendon Press, 1961.- 298р.
8. Kuspira J., Bhambhani R.N. A Simple Method for Estimating Recombination Percentages and Linkage Intensities from f-i Data: Examples from Triti-cum monococcum and Other Self-Fertilizing Diploid Plant Species // Theor. Appl. Genet.- 1984.- V.68, №112.- P.61-67.
9.Lindsley D.L., Grell E.N. Genetic Variation ofDrosophila melanogaster.-Camegie Inst. Wash. Publ., 1968.- №627.- 471р.
10. Rahman N.A. Estimation of Linkage with Censored Data // Heredity.-1964.-V.19,X°3.-P.512-515.