Радиорезистентные организмы
Радиорезисте́нтные органи́змы — организмы, обитающие в средах с очень высоким уровнем ионизирующего излучения. Радиорезистентность — понятие, противоположное радиочувствительности.
Вопреки устоявшемуся мнению, многие организмы обладают поразительной радиорезистентностью. К примеру, в ходе изучения окружающей среды, растений и животных в районе аварии на Чернобыльской АЭС было открыто, что, несмотря на высокий уровень радиации, многие виды совершенно непредсказанно выжили. Бразильские исследования холма в штате Минас-Жерайс с природным высоким уровнем радиации из-за залежей урана также показали множество радиорезистентных насекомых, червей и растений[1][2]. Некоторые экстремофилы, такие как бактерия Deinococcus radiodurans и тихоходки способны выдержать высочайшую дозу ионизирующего излучения порядка 5000 Гр[3][4][5].
Приобретённая радиорезистентность
[править | править код]Радиорезистентность можно вызвать, подвергая изучаемый объект небольшим дозам ионизирующего излучения. В нескольких работах был описан такой эффект у дрожжей, бактерий, протистов, водорослей, растений и насекомых, а также in vitro клетках млекопитающих и человека, лабораторных животных. При этом активируется несколько клеточных радиозащитных механизмов, таких как изменение уровня некоторых цитоплазматических и ядерных белков, повышенная экспрессия генов, репарация ДНК и другие процессы.
Многие организмы обладают механизмами самовосстановления, активирующиеся при подвергании действию радиации при некоторых условиях. Два таких процесса самовосстановления у людей описаны ниже.
Devair Alves Ferreira получил большую дозу (7,0 Гр) в ходе радиоактивного заражения в Гоянии и жил, в то время как его жена, получившая дозу 5,7 Гр, умерла. Наиболее вероятным объяснением этого является то, что свою дозу он получил небольшими частями, получаемыми в течение длительного времени, тогда как его жена больше находилась в доме и подвергалась продолжительной радиации без перерыва, давая механизмам самовосстановления в её теле меньше времени, чтобы восстановить нанесённый радиацией вред. Точно также некоторые люди, работавшие в подвалах Чернобыля, получили дозы до 10 Гр, однако они получали их небольшими частями, поэтому острого действия радиация не имела.
В экспериментах по радиобиологии было открыто, что чем больше доза радиации, которой облучают группу клеток, тем меньше число выживших клеток. Кроме того, было установлено, что, если облучать радиацией клетки, длительное время не пребывавшие под её воздействием, то радиация менее способна вызвать клеточную гибель. Человеческое тело содержит множество типов клеток, и отмирание одной ткани в жизненно важном органе приводит к его смерти. Многие быстрые смерти от радиации (от 3 до 30 дней) происходят из-за утраты клеток, образующих клетки крови (костный мозг), и клеток пищеварительной системы, формирующих стенку кишечника.
На приведённом ниже графике дуга доза/выживаемость для гипотетической группы клеток нарисована для случаев, когда клетки имели или не имели времени для восстановления. Кроме времени на восстановление от радиации клетки этих двух групп находились в одинаковых условиях.
Эволюция радиорезистентности
[править | править код]С точки зрения истории эволюции и причинно-следственной связи, радиорезистентность не представляется адаптивной чертой, поскольку не существует документально подтвержденного естественного давления отбора, которое могло бы придать приспособляемость к способности организмов противостоять таким дозам ионизирующего излучения в диапазоне которых наблюдалось выживание некоторых видов экстремофилов. Это в первую очередь потому, что магнитное поле Земли защищает всех ее обитателей от ионизирующего солнечного излучения и галактических космических лучей, которые являются двумя основными источниками излучения такого типа в нашей Солнечной системе, и даже включая все известные наземные источники ионизирующего излучения, такие как газ радон и первичные радионуклиды в породе, которые считаются естественными объектами с высоким уровнем радиации, годовая доза естественного фонового излучения остается в десятки тысяч раз меньше, чем уровни ионизирующего излучения, которому могут противостоять многие очень радиорезистентные организмы.
Одно из возможных объяснений существования радиорезистентности состоит в том, что это пример кооптированной адаптации или экзаптации, где радиорезистентность может быть косвенным следствием эволюции другой, связанной с ней адаптации, которая была положительно выбрана эволюцией. Например одна гипотеза предполагает что адаптация к высыханию, вызванная экстремальными температурами, присутствующими в местах обитания гипертермофилов таких как Dеinococcus radiodurans вызывает необходимость боротся с повреждением клеток, которое практически идентично вреду, вызванному ионизирующим излучением, и что клеточные механизмы репарации, которые были разработаны для такого ремонта также можно использовать и для радиационного поражения, что позволяет D. radiodurans выдерживать экстремальные дозы ионизирующего излучения. Воздействие гамма-излучения приводит к повреждению клеточной ДНК, включая изменения азотистых пар оснований, повреждение сахарно-фосфатного остова и повреждения двухцепочечной ДНК. Чрезвычайно эффективные механизмы восстановления клеток, которые некоторые виды Deinoccocus, такие как D. radiodurans, развили для восстановления клетки после теплового повреждения, вероятно, также способны обратить вспять эффекты повреждения ДНК, вызванные ионизирующим излучением, например, собирая вместе любые компоненты их генома. которые были фрагментированы радиацией.[6][7][8][9][10]
Препараты, повышающие радиорезистентность
[править | править код]Сильнодействующим средством защиты от радиации является препарат en:Ex-Rad (ON 01210.Na). Химически он представляет собой натриевую соль 4-карбоксистирил-4-хлоробензилсульфона. Помимо этого препарата радиопротекторными свойствами обладают энтолимод en:Entolimod (CBLB502), амифостин (en:amifostine) 'WR2721', филграстим, пегфилграстим (en:Pegfilgrastim) ('Neulasta'), койевая кислота[11].
Наследственная радиорезистентность
[править | править код]Точно установлено, что радиорезистентность может задаваться генетически и передаваться по наследству по крайней мере у некоторых организмов. Heinrich Nöthel, генетик из Свободного университета Берлина, создал наиболее обширную работу по радиорезистентным мутациям, используя обычную плодовую мушку Drosophila melanogaster, в серии из 14 публикаций.
Радиорезистентность в радиационной онкологии
[править | править код]Термин «радиорезистентность» иногда используется в медицине (онкология) для раковых клеток, плохо устраняемых радиотерапией. Радиорезистентные клетки могут как сами обладать этим свойством, так и вырабатывать его в ответ на радиотерапию.
Радиорезистентность у различных организмов
[править | править код]В приведённой ниже таблице даны сведения о радиорезистентности у различных видов. Между данными, полученными в различных экспериментах, существуют большие различия, так как число используемых образцов невелико, кроме того, иногда невозможно проконтролировать среду, в которой брались данные (к примеру, данные для человека были взяты по результатам бомбардировки Хиросимы и Нагасаки).
| Организм | Летальная доза | LD50 | LD100 | Класс/царство |
|---|---|---|---|---|
| Собака | 3.5 (LD50/30 дней)[12] | Млекопитающие | ||
| Человек | 4-10[13] | 4.5[14] | 10[15] | Млекопитающие |
| Крыса | 7.5 | Млекопитающие | ||
| Мышь | 4.5-12 | 8.6-9 | Млекопитающие | |
| Кролик | 8 (LD50/30 дней)[12] | Млекопитающие | ||
| Черепаха | 15 (LD50/30 дней)[12] | Рептилии | ||
| Золотая рыбка | 20 (LD50/30 дней)[12] | Рыбы | ||
| Escherichia coli | 60 | 60 | Бактерии | |
| Рыжий таракан | 64[13] | Насекомые | ||
| Моллюск | 200 (LD50/30 дней)[12] | - | ||
| Плодовая мушка | 640[13] | Насекомые | ||
| Амёба | 1000 (LD50/30 days)[12] | - | ||
| Бракониды | 1800[13] | Насекомые | ||
| Milnesium tardigradum | 5000[16] | Eutardigrada | ||
| Deinococcus radiodurans | 15000[13] | Бактерии | ||
| Thermococcus gammatolerans | 30000[13] | Археи |
LD50 — средняя летальная доза, то есть доза, убивающая половину организмов в эксперименте;
LD100 — летальная доза, убивающая всех организмов в эксперименте[17].
См. также
[править | править код]Примечания
[править | править код]- ↑ Cordeiro, AR; Marques, EK; Veiga-Neto, A. J. Radioresistance of a natural population of Drosophila willistoni[англ.] living in a radioactive environment. (англ.) // Mutation research : journal. — 1973. — Vol. 19, no. 3. — P. 325—329. — doi:10.1016/0027-5107(73)90233-9. — PMID 4796403.
- ↑ Moustacchi, E. Induction by physical and chemical agents of mutations for radioresistance in Saccharomyces cerevisiae (англ.) // Mutation research : journal. — 1965. — Vol. 2, no. 5. — P. 403—412. — doi:10.1016/0027-5107(65)90052-7. — PMID 5878261.
- ↑ Moseley BEB, Mattingly A. Repair of irradiated transforming deoxyribonu- cleic acid in wild type and a radiation- sensitive mutant of Micrococcus radiodu- rans (англ.) // Journal of Bacteriology[англ.] : journal. — 1971. — Vol. 105, no. 3. — P. 976—983. — PMID 4929286. — PMC 248526.
- ↑ Murray RGE. 1992. The family Deinococcaceae. In The Prokaryotes, ed. A Ballows, HG Truper, M Dworkin, W Harder, KH Schleifer 4:3732-44. New York: Springer-Verlag. doi:10.1007/978-1-4757-2191-1_42
- ↑ Ito H., Watanabe H., Takeshia M., Iizuka H. Isolation and identification of radiation-resistant cocci belonging to the genus Deinococcus from sewage sludges and animal feeds (англ.) // Agricultural and Biological Chemistry[англ.] : journal. — 1983. — Vol. 47, no. 6. — P. 1239—1247. — doi:10.1080/00021369.1983.10866087.
- ↑ Mattimore, V.; Battista, J. R. (February 1996). "Radioresistance of Deinococcus radiodurans: functions necessary to survive ionizing radiation are also necessary to survive prolonged desiccation". Journal of Bacteriology. 178 (3): 633—637. doi:10.1128/jb.178.3.633-637.1996. ISSN 0021-9193. PMC 177705. PMID 8550493.
- ↑ Friedberg, Errol C. DNA Repair and Mutagenesis / Errol C. Friedberg, EC Friedberg, GC Walker … [и др.]. — ASM Press, 1995. — ISBN 9781555810887.
- ↑ Minton, K. W. (July 1994). "DNA repair in the extremely radioresistant bacterium Deinococcus radiodurans". Molecular Microbiology. 13 (1): 9—15. doi:10.1111/j.1365-2958.1994.tb00397.x. ISSN 0950-382X. PMID 7984097.
- ↑ Slade, Dea; Radman, Miroslav (March 2011). "Oxidative stress resistance in Deinococcus radiodurans". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 75 (1): 133—191. doi:10.1128/MMBR.00015-10. ISSN 1098-5557. PMC 3063356. PMID 21372322.
- ↑ Agapov, A. A.; Kulbachinskiy, A. V. (October 2015). "Mechanisms of Stress Resistance and Gene Regulation in the Radioresistant Bacterium Deinococcus radiodurans". Biochemistry. Biokhimiia. 80 (10): 1201—1216. doi:10.1134/S0006297915100016. ISSN 1608-3040. PMID 26567564. S2CID 14981740.
- ↑ Kai Wang, Peng-Fei Li, Chun-Guang Han, Li Du, Chao Liu, Ming Hu, Shi-Jie Lian, and Yong-Xue Liu (2014). Protective Effects of Kojic Acid on the Periphery Blood and Survival of Beagle Dogs after Exposure to a Lethal Dose of Gamma Radiation. Radiation Research, 182(6), 666—673. doi:10.1667/RR13823.1
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Radiochemistry and Nuclear Chemistry, G. Choppin, J-O. Liljenzin and J. Rydberg, edition three, page 481, ISBN 0-7506-7463-6
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Cockroaches & Radiation. Дата обращения: 13 мая 2006. Архивировано 30 сентября 2012 года.
- ↑ Radiation Notes: Radiation Damage and Dose Measurement. Дата обращения: 13 мая 2006. Архивировано из оригинала 30 сентября 2012 года.
- ↑ CDC Radiation Emergencies, Acute Radiation Syndrome: A Fact Sheet for Physicians. Дата обращения: 25 июля 2012. Архивировано из оригинала 30 сентября 2012 года.
- ↑ Horikawa D. D., Sakashita T., Katagiri C., Watanabe M., Kikawada T., Nakahara Y., Hamada N., Wada S., Funayama T., Higashi S., Kobayashi Y., Okuda T., Kuwabara M. Radiation tolerance in the tardigrade Milnesium tardigradum (англ.) // International Journal of Radiation Biology[англ.] : journal. — 2006. — Vol. 82, no. 12. — P. 843—848. — doi:10.1080/09553000600972956. — PMID 17178624.
- ↑ Р. Г. Госманов, А. К. Галиуллин, А. Х. Волков, А. И. Ибрагимова. Микробиология. — 2011. — С. 241. — 494 с. — 1500 экз.
Литература
[править | править код]- Радиочувствительность / Ярмоненко С. П. // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б. В. Петровский. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1983. — Т. 21 : Преднизолон — Растворимость. — 560 с. : ил.
- Критический орган / Григорьев Ю. Г. // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б. В. Петровский. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1980. — Т. 12 : Криохирургия — Ленегр. — 536 с. : ил.
