Генетический эффект, индуцированный сульфатом никеля

Ирина Иванова, Анна Русинова, ученицы гимназии № 14, г. Одинцово, Моск. обл.

В настоящее время внимание ученых обращено на опасность загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, в том числе соединениями никеля. Особенно тяжелая экологическая ситуация складывается в районах добычи и переработки никелевых руд. Известно, что никель в высоких дозах может вызвать у человека генетический эффект. Но для предупреждения развития неблагоприятных эффектов очень важно определить опасность его воздействия в малых дозах, которым реально может подвергаться человек, и рассчитать генетический риск – вероятность развития неблагоприятного генетического действия. Не менее важно определить и частоту возникновения доминантных летальных мутаций (ДЛМ – мутации, вызывающие внутриутробную гибель) в половых клетках на разных стадиях сперматогенеза, поскольку генетические изменения в них могут сохраняться в течение всего репродуктивного периода.

С этой целью в лаборатории токсикологии ГУ НИИ медицины труда РАМН были проведены исследования генетической чувствительности половых клеток мышей WR к действию никеля. В работе принимали участие ученицы Одинцовской гимназии (подсадка самок к самцам в опытной и контрольной группах; вскрытие умерщвленных самок, извлечение матки и подсчет число живых и погибших эмбрионов; математическая и статистическая обработка полученных данных; изучение литературы).

В качестве тест-вещества использовали сульфат никеля, который вводили в желудок мышам-самцам в дозах 5, 0 и 1, 0 мг/кг (при введении в желудок это соединение вызывает наиболее выраженный токсический эффект).

Для определения частоты возникновения ДМЛ на протяжении всего цикла сперматогенеза сразу после воздействия к самцам подсаживали необработанных самок. Частоту ДЛМ определяли на 18-й день беременности по постимплантационной гибели эмбрионов (отношение числа погибших эмбрионов к числу мест имплантаций) и индуцированной гибели (отношение постимплантационной гибели в опыте к постимплантационной гибели в контроле). Этот показатель отсекает «естественный фон» – гибель эмбрионов в контрольной группе, что позволяет анализировать частоту ДЛМ, индуцированную именно действием тестируемого мутагена.

Воздействие сульфата никеля в дозе 5, 0 мг/кг (1/20 ДЛ50) индуцировало выраженный мутагенный эффект – увеличение частоты ДЛМ в половых клетках на всех стадиях сперматогенеза; а в дозе 1, 0 мг/кг (1/100 ДЛ50)– только в сперматозоидах, ранних сперматидах, поздних сперматоцитах и стволовых сперматогониях. Особое внимание следует обратить на увеличение частоты возникновения ДЛМ в стволовых сперматогониях, поскольку за счет деления этих клеток происходит восстановление цикла сперматогенеза, и значит увеличение частоты мутаций в них может сохраняться в течение всего репродуктивного периода. Воздействие соли никеля в дозе 0, 5мг/кг (1/200 ДЛ50) не увеличивало частоту ДЛМ в половых клетках ни на одной из стадий сперматогенеза – недействующий уровень.

Подобные результаты получены и при переходе сульфата никеля через плаценту по частоте генных мутаций (Wу) в соматических клетках гетерозиготных мышей WR первого поколения: недействующий уровень – 1/200 ДЛ50, пороговый уровень – 1/100 ДЛ50. То есть, установлена одинаковая генетическая чувствительность половых и соматических клеток к действию сульфата никеля в интервале доз от 0, 5 до 5, 0 мг/кг.

Ориентировочно количественная оценка генетического риска по частоте ДЛМ на одну клетку на уровне 1/100 ДЛ50 (пороговый уровень) составила на стадии сперматозоидов 6, 6х10-2, ранних сперматид - 7, 0х10-2, поздних сперматоцитов - 12, 7х10-2 и стволовых сперматогониев – 5, 5х10-2.

Таким образом, следует обратить внимание на возможную генетическую опасность для лиц, подвергающихся профессиональному воздействию сульфата никеля даже в относительно низких дозах.

Известно, одной из «фундаментальных реакций» клетки на последовательное воздействие малых и больших доз химических соединений является адаптивный ответ. Ученые предполагают, что действие в малой дозе переводит клетку в состояние «готовности» к репарации.

Для проверки этого предположения самкам мышей WR на десятый день беременности вводили сульфат никеля в недействующей дозе 0, 5 мг/кг, а затем самцам первого поколения в двухмесячном возрасте вводили эту соль в дозах 0, 5; 1, 0 и 5, 0 мг/кг.

Введение сульфата никеля в недействующей дозе – 0, 5 мг/кг вызывало адаптивный ответ: не индуцировало увеличения частоты ДЛМ в половых клетках на всех стадиях сперматогенеза при последующем введении в дозах 0, 5, 1, 0 и 5, 0 мг/кг. Полученные результаты, возможно, объясняются тем, что на 10-й день эмбрионального развития мышей происходит развитие органов, включая нервную систему. По-видимому, воздействие агента в этот критический период переводит клетки развивающегося эмбриона в состояние «готовности». Это и приводит к адаптивному ответу при последующем воздействии никеля на половозрелый организм.

Таким образом, предварительное воздействие в дозе, не индуцирующей генетический эффект, вызывает защитный эффект при последующим действии в больших дозах.

Для подтверждения полученных результатов, представляющих важное значение для рабочих промышленных предприятий, необходимо продолжить начатые исследования.