Радиация и наследственность

Подробный анализ роли меланиновых пигментов в экстремальных условиях жизни проведен в работе [469]. Биологические функции меланиновых пигментов животного и грибного происхождения, эволюционно удаленных друг от друга, реализуются у грибов и высокоорганизованных животных практически в одинаковой степени, несмотря на разную химическую структуру меланинов По мнению авторов, это обстоятельство может свидетельствовать о древнейшем происхождении меланина и высокой стабильности не только химической структуры пигмента, но и его биологической функции [469].

В ряде работ показано, что на участках, загрязненных радионуклидами, наблюдается увеличение числа интенсивно пигментированных форм в популяциях низших и высших растений [463,464]. Установлено, что по мере развития индустриализации возрастает доля черных доминантных форм в популяциях насекомых, обитающих в крупных городах [488]. Это явление получило название „индустриальный меланизм", которое употребляется в случае преимущественного распространения темноокрашенных особей животного и грибного царства в сильно загрязненных промышленными отходами регионах. В качестве одного из первых примеров такого рода следует упомянуть преимущественное распространение темноокрашенных божьих коровок Adalia bipunctata в районе Бирмингема, березовых пядениц в промышленных районах Англии [489, 490]. Так как количество пигментированных форм божьих коровок возрастало с увеличением содержания смога в воздухе, Грид [490] предположил, что меланин, находящийся в кутикуле насекомого, вступает в реакцию с компонентами смога, защищая тем самым организм от токсических веществ, находящихся в промышленной пыли. Возрастание доли черных доминантных форм в популяциях божьих коровок наблюдается и в крупных промышленных городах Советского Союза [488].

Распространение „индустриального меланизма", по мнению Берри [379], может быть мерой биологического эффекта загрязнения воздуха.
Способность экзогенного меланина снижать генетический эффект облучечия у животных на организменном и популяци-онном уровнях свидетельствует о важной роли этого пигмента.

Тот факт, что антимутаген (в частности, меланин) препятствует адаптации популяций к повреждающим факторам, является хорошим доказательством его защитного действия. Использование меланина в популяциях дрозофилы можно сравнить сприменением медицины у человека -в обоих случаях резко снижается роль естественного отбора, что позволяет выживать и оставлять потомство менее жизнеспособным особям. Однако ни у кого не возникает сомнений в целесообразности использования медицинских мероприятий, и это абсолютно справедливо. Необходимо защищать популяции живых организмов от вредных воздействий, а не ждать, пока они адаптируются к этим неблагоприятным факторам. В тех случаях, когда такая адаптация возможна, она возникает через десятки поколений и сопровождается гибелью большого количества особей. Поэтому показанная на примере меланина способность антимутагенов благоприятно влиять на приспособленность и мутационный процесс в популяциях представляет несомненный интерес.

Животные меланины — гетерогенные биополимеры на основе 5,6-индолхинона.
Участвуют в защите кожных покровов от излишнего светового и УФ излучения, в функционировании органов слуха, зрения, некоторых отделов головного мозга за счет транс-формации'фотонов и фононов (звук), электронов по одноквантовому механизму.
Участвуют в устойчивости организмов к ионизирующему излучению, осуществляют ковалентную модификацию, хранение и реализацию клеточной энергии за счет донорно-ак-цепторных свойств меланина.
Связывают разнообразные вещества ароматической природы, ионы тяжелых металлов, радиоактивные элементы, что предполагает возможную регуляцию пигментом активности ряда ферментов и пептидов за счет ионообменных свойств пигмента.
Пигмент исключительно стабилен in vivo и in vitro, в естественных условиях лизису практически не поддается.

Грибные меланины — гетерогенные биополимеры полипептидной природы.
Участвуют в УФ- и светоустойчи-вости, выживаемости при продолжительном голодании грибов, усвоении углерода из С02 воздуха и №НС03. Пигмент сорбирует фотоны по одно-квантовому механизму в диапазоне 200—900 им. Предложен механизм взаимодействия пигмента со световыми квантами.
Участвуют в устойчивости грибов к ионизирующему излучению, повышенной сухости воздуха и субстрата, недостатку кислорода в окружающей среде за счет донорно-акцепторных свойств пигмента.
Сорбируют ионы Pb2+, Th4*, La2*, Zn2+, Cr6+, Hg2+, Cu2+. Являются сильными антиоксидантами и связывают нестабильные состояния, синглетный кислород, коротко живущие радикалы.
Пигмент практически не лизнру-ется при длительном культивировании в лабораторных условиях. Участвует в процессах гумусообразования.

Разную эффективность снижения частоты индуцированных мутаций в двух вариантах опытов можно объяснить двумя причинами. Во-первых, во втором опыте концентрация меланина была выше, чем в первом, а чем больше протектора в клетке, тем большую эффективность защиты можно ожидать. Во-вторых, более низкий исходный уровень мутаций во втором опыте (0,83 по сравнению с 1,53 % в первом) говорит об облучении меньшей дозой. Для инденовых красителей было показано, что они более эффективно защищают наследственные структуры клетки при низких дозах облучения, чем при высоких. Таким же свойством, возможно, обладает и меланин.
Из полученных на дрозофиле данных можно сделать вывод, что природный пигмент меланин является таким же эффективным радиопротектором, как и инденовые красители, способным снижать выход точковых мутаций, индуцированных облучением в сперматогониях. Кроме того, меланин способен снижать спонтанную частоту рецессивных сцепленных с полом летальных мутаций у дрозофилы, что также представляет большую ценность с практической точки зрения.

Для изучения радиозащитной эффективности меланин вводили мышам внутрибрюшинно в концентрации 50 мг/кг за 30 мин до облучения в дозе 0,08 Кл/кг. Облучение проводили при двух мощностях дозы - 6,5 • 10-3 А/кг (опыт I) и 4,5 • Ю-4 А/кг (опыт II). Определяли частоту реципрокных транслокаций, индуцированных в сперматоцитах мышей.

При более высокой мощности дозы облучения (опыт I) частота мутаций под действием меланина снизилась в 2 раза - с 2,50±0,36 до 1,18±0,27 %. При использовании более низкой мощности дозы (опыт II) меланин уменьшил выход транслокаций в сперматоцитах мышей с 1,88 ±0,27 до 0,69 ±0,15 %, т. е. в 2,7 раза.
Таким образом, данные, полученные при исследовании мышей, подтвердили показанную на дрозофиле способность меланина снижать уровень радиационного мутагенеза.
Проверить, способен ли меланин уменьшать частоту спонтанных мутаций в половых клетках мышей, не представлялось возможным, так как уровень спонтанного возникновения реципрокных транслокаций в генеративных клетках мышей низкий. Так, перестройки в половых клетках здоровых мышей в возрасте до 600 дней (в наших опытах использовались самцы в возрасте 60-75 дней) практически не выявлены [297]. Аналогичные результаты получены и в нашей лаборатории при изучении спонтанной частоты мутаций в сперматоцитах и сперматогониях мышей линии СЗН [298], поэтому исследование влияния меланина на уровень спонтанного мутирования у мышей по данному тесту не имело смысла.

Возник вопрос, обладает ли антимутагенной активностью сам меланин или, возможно, его предшественник ДОФА, который может превратиться в меланин не полностью и присутствовать в используемых нами растворах в неокисленном виде. Для ответа на этот вопрос в тех же условиях проверялась способность ДОФА модифицировать выход транслокаций в сперматоцитах и сперматогониях мышей (доза облучения 0,08 Кл/кг, мощность дозы 4,5 • Ю-4 А/кг).
Как видно, при инъецировании мышам неокис-ленного раствора ДОФА в той же концентрации, в которой использовали меланин, уровень индуцированных облучением мутаций ни в сперматоцитах, ни в сперматогониях мышей практически не изменился. Это позволило заключить, что антимутагенными свойствами обладает не ДОФА, а меланин.