Глава 5. Методы выявления и оценки генотоксикантов

5.3. Определение генотоксического действия факторов окружающей среды с использованием Allium cepa

в качестве тест-объекта

Одним из широко используемых токсикогентических методов является анализ хромосомных аберраций в меристематической ткани проростков корешков Allium cepa [4]. Allium cepa хорошо изучен генетически, имеет 16 (2n = 16) удобных для анализа хромосом. Материал – луковицы можно получать в достаточно большом количестве в любое время года. Метод является хорошо разработанным и информативным. На одном и том же материале можно характеризовать изучаемый фактор среды по трем параметрам:

–мутагенному действию;

–митотоксическому действию;

–судить о причинах нарушения митотического цикла.

5.3.1.Клеточный (митотический) цикл

Клеточный (митотический) цикл – это совокупность взаимосвязанных и хронологически детерминированных событий, происходящих в клетке в период подготовки к делению, а также на протяжении самого митоза (рис. 5.3.1).

71

Генетическая токсикология

Рис. 5.3.1 Клеточный (митотический цикл)

Таким образом, митотический цикл совпадает со всем периодом существования клетки, то есть с её жизненным циклом. В митотическом цикле выделяют четыре периода: собственно митоз, пресинтетический период, синтетический и постсинтетический. Три последних периода приходятся на интерфазу. Митотической цикл может быть изображен в виде круга, на котором, пропорционально продолжительности, отмечены его периоды от одного митоза до другого (рис. 5.3.2).

Интерфазой называют стадию покоящегося ядра, однако это наиболее активная фаза с точки зрения биохимических процессов. В интерфазной клетке хорошо видно ядро. Оно имеет гомогенную мелкозернистую структуру с нанесенным рисунком хроматина, хорошо видны ядрышки (рис. 5.3.2). В пресинтетический период (G1) в клетке происходит активный синтез белков, обеспечивающих рост клетки, накопление продуктов, необходимых для редупликации ДНК. Этот период наиболее длительный (от 10 часов до нескольких суток). Генетическая характеристика клеток в этот период 2n2c.

В синтетический период (S) проходит редупликация ДНК, наработка гистонов. Продолжительность его 6 – 10 часов. Генетическая характеристика 2n4c. Хромосомы удваиваются, то есть в каждой хромосоме теперь две молекулы ДНК, упакованные в две хроматиды (рис. 5.3.3).

В постсинтетический период (G2) заканчивается подготовка клетки к делению. Идут подготовительные процессы для формирования ахроматинового веретена, идет накопление энергии, поскольку митоз требует значительных затрат энергии. Генетическая характеристика клеток в этот период 2n4c.

72

Глава 5. Методы выявления и оценки генотоксикантов

Рис. 5.3.2. Митотическое деление растительной клетки: 1 – ядро, 2 – хромосомы, 3 – цитоплазма, 4 – кариолемма, 5 – кариоплазма, 6 – глыбки хромтина, 7 – веретено деления, 8 – фрагмопласт, 9 – ядра дочерних клеток

73

Генетическая токсикология

G1 S G2

Дочерние

клетки

Рис. 5.3.3. Морфология хромосом в течение клеточного цикла

Интерфаза от G1 и до конца S периода называется ранней интерфазой. Её генетическая характеристика 2n2c. Хромосома в этот период содержит одну молекулу ДНК. От конца S периода и до митоза – поздняя интерфаза. Каждая хромосома содержит по две молекулы ДНК, упакованные в две хроматиды. Генетическая характеристика этого периода клеточного цикла 2n4c.

Далее клетка вступает в митоз. Количество митозов, которое может пройти клетка, генетически детерминировано. Использовав определенное количество митозов, клетка может перейти в особую фазу митотического цикла – G0 или дифференцированное состояние. В клетке могут идти активные метаболические процессы, но в митоз она не вступает. Разные клетки в разное время вступают в G0. Например, нервные клетки рано перестают делиться, клетки кожного эпителия длительное время сохраняют способность к делению.

Митоз. Картины различных фаз митоза в настоящее время хорошо изучены.

Профаза. Начало митоза связано с заметным увеличением размеров ядра и появлением в нем хромосомных нитей. Это обусловлено спирализацией и дегидратацией хромосом. За счет многопорядковой спирализации хромосомы и становятся видимыми в световой микроскоп (рис. 5.3.2). Для профазы характерно специфическое поведение клеточного центра. Центриоли удваиваются еще в интерфазу. В профазу удвоенные центриоли начинают отходить друг от друга к противоположным полюсам клетки. Между ними натягиваются полимеризованные белковые нити – образуется ахроматиновое веретено деления (рис. 5.3.2). В конце

74