Генетический груз

Антропогенное загрязнение среды обитания, вызывающее токсический, мутагенный и канцерогенный эффекты, в настоящее время является главным фактором генетического давления на популяцию человека.

В прошедшем столетии в библиотеке мутагенной информации в Окриджской национальной лаборатории было собрано более 60 тыс. публикаций, посвященных анализу мутагенной активности химических соединений. Генетическим аспектам проблемы «Человек и биосфера» уделено специальное внимание в программе ООН по окружающей среде (ЮНЕП). В ней указано: «Меры по сохранению, охране и защите природной биосферы обеспечивают для человека постоянное генетическое разнообразие и являются единственной гарантией продолжения существования самого человека» (цит. по Н.П. Дубинину).

Вопросы охраны генетического здоровья человека в условиях возрастающей загрязненности окружающей среды находятся в центре внимания и Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).

По данным мировой науки и международной медицинской статистики (доклад комитета экспертов ВОЗ по генетике человека), реальный генетический груз человеческой популяции в 1980–1990 гг. составлял 7% и включал в себя:

– 0,5–1% – доля новорожденных с хромосомными болезнями, вызванными геномными и хромосомными мутациями;

– 0,5–1% – дети с заболеваниями или аномалиями, детерминированными мутациями генов;

– более 2,5% – дети с врожденными генетически обусловленными пороками развития (заячья губа, волчья пасть, врожденый вывих бедра, пороки сердца и сосудов и т.п.), часть из которых выявляется не при рождении, а позже;

– 2% – люди, страдающие сложно наследуемыми психическими заболеваниями (шизофрения, маниакально-депрессивный синдром и др.) и умственной отсталостью;

– 1% – люди, наследственность которых отягощена генетическими дефектами, вызывающими хронические и дегенеративные заболевания (сахарный диабет, эпилепсия, некоторые патологии щитовидной железы и обмена веществ).

Приведенная оценка генетического груза еще увеличится, если учесть внутриутробную смертность, примерно в 25% случаев обусловленную хромосомными аномалиями плода.

Мониторинг

К генетическим нарушениям, обусловливающим генетический груз, относятся мутации в половых, особенно в премейотических, клетках, поскольку индуцированные в них изменения могут сохраняться в течение всего репродуктивного периода, а также рецессивные мутации в специфических локусах в половых и соматических клетках.

Для регистрации частоты мутаций используются специальные линии мышей (5-, 7- и однолокусная), у которых частоту мутаций определяют по числу пятен на шерсти. Этот метод называется «спот-тест» (от англ. spot – пятно) и был рекомендован для экстраполяции данных о характере действия химических и физических мутагенов на человека, т.к. у человека и мыши oдинaкoвая гeнeтичecкая чyвcтвитeльнocть (частота спонтанных мутаций — 10–5). После того, как было обнаружено, что у мыши возраст не влияет на частоту спонтанных мутаций, а у человека она может измениться в несколько раз, этот подход подвергли пересмотру.

Существует более 200 тестовых систем для определения мутагенного действия химических и физических факторов.

В опытах in vitro для регистрации генных мутаций используют тесты на основе микроорганизмов, для анализа частоты генных и хромосомных мутаций – различные культуры клеток человека (лейкоцитов, фибробластов).

В опытах in vivo для оценки частоты летальных мутаций в Х-хромосоме используют дрозофилу (метод Меллера), клетки паренхимы корней Vicia faba, Crepis capillaries.

При этом учитывают цитогенетические показатели частоты хромосомных аберраций (ХА), сестринские хромосомные обмены (СХО), микроядра (МЯ), плоидность хромосом (моноплоидия и полиплоидия) в клетках крови, костного мозга и др.

При прямых исследованиях мутационных процессов у населения, живущего в экологически загрязненных районах, определяют частоту возникновения доминантных мутаций, изменяющих нормальное течение внутриутробного развития и вызывающих мертворождения, дефекты развития у новорожденных. Изучают также вызванные мутациями болезни детского и последующих возрастов. Мониторинг должен включать учет мутаций в половых и соматических клетках человека.

Для определения механизмов действия известных и подозреваемых токсичных, мутагенных и канцерогенных веществ, а также для оценки рисков, вызываемых ими, все шире используются методы генной инженерии и биоинформатики. Использование трансгенных животных вытесняет спот-тест.

Для создания трансгенных животных в их геном (ДНК) встраивают фрагмент экзогенной ДНК (трансгенный вектор). ДНК вводят либо в развивающуюся зиготу, либо в стволовые клетки эмбриона. По мере развития эмбриона экзогенная ДНК реплицируется и оказывается в ДНК всех его клеток. Так получают «химерное» животное.

В 1995 г. было «сконструировано» более 200 линий мышей со специфическими генами. Трансгеннные мыши с различными активными онкогенами используются при изучении развития опухолей. Например, «нокаут-мыши» широко используются для оценки генных изменений в процессе развития рака.

Появившиеся в последнее время новые технологии – ДНК-микрочипы – позволяют выявлять экспрессию генов, типы и частоты генных мутаций, гены, вызывающие рак, и т.п.

При мониторинге успешно используют также анализ мутаций генов, кодирующих синтез изоферментов в крови человека. Выявление аномального электрофоретического поведения гемоглобина при серповидноклеточной анемии человека послужило толчком к использованию электрофоретических методов при изучении наследственной изменчивости. Эти методы позволяют определять варианты белков, наследуемых строго по законам Менделя. Результаты исследований белков у детей, резко отклоняющихся от нормы по физическому развитию, показали, что частота редких белковых вариантов у них в семь раз выше средней частоты в популяции.

Перспективным является и метод электрофореза ДНК в агарозном геле. Этот метод апробирован на небольшой группе лиц (79 семей), постоянно живущих в Могилевском районе, загрязненном радионуклидами (137Cs и 131I) после аварии в Чернобыле. С его помощью были обнаружены новые мутации и двукратное увеличение частоты наследственных мутаций у детей, родившихся в период с февраля по сентябрь 1994 г., по сравнению с детьми контрольной группы, родители которых никогда не подвергались радиационному воздействию (105 семей). Установлена надежная корреляция между частотой мутаций и уровнем загрязнения.

В последнее время совместно используют биохимические методы и методы молекулярной эпидемиологии. Так, по спектру мутаций генов р53 и р21 можно идентифицировать специфические канцерогены и генетические изменения в ДНК, вызывающие рак у человека. Возможно, в дальнейшем изменения в этих генах будут применяться как биомаркеры воздействий канцерогенов, а также для выявления групп риска. Генотоксичные (вызывающих увеличение частоты мутаций) канцерогены выявляют и по фрагментации ДНК – одному из основных проявлений апоптоза (генетически запрограммированной гибели клеток).

Методики определения мутаций на клеточном и молекулярном уровнях позволяют выявлять группы риска как при эпидемиологических обследованиях людей, проживающих в экологически неблагоприятных районах, так и среди представителей вредных профессий. Использование новых генетических методов в ряде случаев может привести к пересмотру принятых гигиенических стандартов.