Радиологические иследования

ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ТЕСТ-ОБЪЕКТ
ГИСТОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕЛКИХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ
БИОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
НАШ ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ - ДРОЗОФИЛА
ЕСТЬ ЧТО ВСПОМНИТЬ О МИГРАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ТЕСТ-ОБЪЕКТ
Есть много путей, чтобы
начать эту работу - по сути
дела, каждый из нас имеет
свой подход...
Путешествие сознания.
Сатпрем

Лет тридцать назад в лаборатории Института Общей Генетики (г. Москва) появилось невзрачное растение с узкими длинными листьями, имеющее цветки небесно- голубого цвета. Это растение называется традесканция клон 02. Клон 02 в 1958 году открыл американский ученый Сперроу (Sparrow А.Н.) среди коллекции традесканций, собранной профессором Брауном (Brown W.V.) из Техасского университета. Это природный гибрид между родительскими формами, имеющими голубые и розовые цветки. Голубой цвет доминирует. Ученых привлекла его сверхчувствительность к разного рода стрессовым воздействиям. Дело в том, что волоски, которыми опушены тычинки, состоят из ряда одиночных клеток такого же небесного цвета, как и лепестки. На любое неблагоприятное воздействие они реагируют изменением голубой окраски клеток на розовую. Мало того, розовые пятна появляются и на лепестках! Чем не хамелеон?!

В недалеком прошлом появилось это растение и у нас в отделе. Контрольные промеры частоты нарушений в волосках тычинок у традесканций выявляли незначительные изменения качества воздуха в помещении, где она обитала. У нас было такое ощущение, что растение "чувствует" и настроение окружающих ее людей. В группе мы всерьез обсуждали проблему, а что если использовать этот объект как индикатор состояния биополя человека? Кстати говоря, японцы пытаются решать эту задачу также и с помощью растений. Или же, например, такое явление, как вторичное биогенное излучение, открытое мэтром отечественной радиобиологии А.М. Кузиным. Для выявления этого излучения необходимы высокочувствительные тест-объекты. А что если... Нашим фантазиям не было конца.

А если серьезно, то во многих городах США, Японии, Мексики, Канады и КНР традесканция клон 02 используется как индикатор загрязненности воздуха и питьевой воды, а также сточных вод. В целях биоиндикации ее используют при оценке экологической опасности различных промышленных предприятий и атомных электростанций.

В нашей стране это чудо-растение побывало на борту космического корабля "Восход". Ученые в клетках "летающих" растений наблюдали редко встречающиеся перестройки хромосом. Побывал этот гибрид и в Чернобыле. А.И. Таскаев под микроскопом просмотрел уйму волосков традесканций, собственноручно выращиваемой в самых "горячих" точках 30-километровой зоны Чернобыльской АЭС. Клон 02 не подвел и на этот раз - "среагировал" повышением розовых мутаций в волосках тычинок в ответ на воздействие радиоактивного загрязнения.

В настоящее время традесканция успешно используется в отделе радиоэкологии как высокочувствительная растительная тест-система для оценки действия малых доз ионизирующих излучений и биологически активных соединений нерадиационной природы, их сочетанных воздействий. Вот уже в течение трех лет проводится индикация генотоксичности атмосферного воздуха г. Сыктывкара с помощью этого уникального тест-объекта. В результате, опыт использования у нас на Севере американского пришельца в качестве биодозиметра можно расценивать с положительной стороны, что вселяет в нас надежду на дальнейшее еще более разностороннее его применение...
В. Шершунова, ст.н.с.

ГИСТОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕЛКИХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ
"Всегда полезно оглянуться в прошлое,
которое сохраняет нам наша память, и задуматься...
Ведь прошлое - это наша совесть, наш тыл,
наша опора, по которым следует чаще выверять
свои настоящие дела и поступки, а также отталкиваться в будущее"

Мои воспоминания уносят меня в теперь, увы, уже такие далекие 60-е, начало 70-х. Я появилась в группе морфологов в 1966 г. как первый аспирант, в период "Ренессанса" Отдела радиобиологии. Это был мощный, богатый идеями, сплоченный коллектив единомышленников, в котором царила удивительно доброжелательная, творческая атмосфера. Какое это было прекрасное, полное романтики и вдохновения время!!!

Мы работали, учились, постигали тайны атомного ядра, закономерности миграции радиоактивных элементов в биосфере, сложное взаимодействие организма и среды обитания; размышляли, спорили, сомневались, ошибались... Это была не простая исследовательская работа. Это была БОЛЬШАЯ, творчески наполненная ЖИЗНЬ!

Наша группа, в то время во главе с глубокоуважаемой Кларой Иосифовной Масловой, являла собой "могучее лихое племя" молодых, энергичных, увлеченных сотрудников, дерзнувших ввязаться в многотрудные исследования состояния "здоровья" мелких млекопитающих, обитающих в биогеоценозах с повышенным содержанием радионуклидов (урана, радия и тория), в 50-100 раз превышавших их кларковые значения. Надо сказать, исследования эти в то время еще не имели аналогов в науке. Все было впервые... Да, пожалуй, это были первые комплексные радиоэкологические исследования биоэффективности малых доз ионизирующих излучений в условиях радиоактивного загрязнения природной среды.

Непременно надо назвать имена наших первопроходцев:
В.И. Маслов, В.И. Груздев - "экологическое крыло группы". Используя экологические и морфологические методы, они проводили широкомасштабные полевые исследования состояния организма и микропопуляций животных аномальных территорий, параллельно изучая и биогенную миграцию радионуклидов.
К этому крылу тесно примыкал Б.В. Тестов, разрабатывавший проблемы дозиметрии внешнего облучения, микродозиметрии органов и тканей, способа расчета поглощенных доз и т.д.

К.И. Маслова, Т.И. Белоголова, З.И. Груздева, Л.В. Батура и я - "собственно морфологи", центральное ядро группы. Их усилия были сосредоточены на гистоморфологическом изучении состояния органов и тканей важнейших систем жизнеобеспечения организма. Группа морфологов в 80-е годы пополнилась выпускниками Сыктывкарского университета: Н.Г. Загорской, О.В. Ермаковой, А.О. Ракиным, А.И. Кичигиным.
А.Т. Алиев, В.И. Удот - "биохимическое крыло" группы, их исследования были сосредоточены на изучении влияния хронического радиационного воздействия на белки плазмы крови, гемоглобин и обмен тиолов. В середине 70-х в группе появилась А.Г. Кудяшева, которая с головой ушла в изучение активности дегидрогеназ.
В.А. Беляков, Г. Саляев с завидным упорством и скрупулезностью развивали цитогенетическое направление исследований. Впервые в полевой сезон 1968 г. ими были определены кариотипы полевки-экономки, рыжей и темной полевки. В последующем были выявлены хромосомные аберрации в соматических клетках (клетки кроветворной ткани) и установлена коррелятивная зависимость их количества и спектра от накопления радия в костях. Во второй половине 70-х ци-тогенетические исследования в рамках нашей группы проводила выпускница Ленинградского университета - Г.П. Хлыбова ею был внедрен метод гепатэктомии.

А.П. Урнышев - выпускник Ленинградского университета, был призван обеспечивать математическую базу исследований.

Наши исследования одновременно охватывали разные уровни организации живого - от молекулярного до популяционного. Был получен огромный разносторонний, уникальный материал о действии хронического мало интенсивного облучения в условиях радиоактивного загрязнения природной среды на органы и ткани репродуктивной, кроветворной, эндокринной систем, обменные процессы. Выявлены закономерности развития деструктивных и компенсаторных процессов, а также формирования необратимой патологии и т.д.
Полученные нами знания имеют прямое отношение к решению злободневных проблем медико-биологического плана, т.к. дают достаточно объективное представление не только о состоянии "здоровья" животных на момент проведения исследований, но и позволяют прогнозировать последствия хронического облучения для будущих поколений не только животных, но и человека.

Надо было обладать твердостью характера, достаточной эрудицией, научной зоркостью и, наконец, смелостью Клары Иосифовны, чтобы не только сплотить группу, умело направить в нужное русло наши порывы и фантазии, но самое главное - суметь разобраться, проанализировать, обсудить каждый полученный результат, вникнуть в суть процессов, протекающих в облученном организме, и довести многообразный, сложный материал до логического обобщения. Материалы наших многолетних исследований отражены в многочисленных публикациях, отчетах, в частных и общих докладах отдела, представленных на Всесоюзных и Международных симпозиумах.

Творческий потенциал группы всегда был на высоте! Морфологи дали отделу шесть кандидатов, а также послужили основой для формирования новых исследовательских групп (биохимической и экологического мониторинга мелких млекопитающих).

На данный момент нас осталось четверо из "могикан", но зато у нас есть аспирантка!

Мы остались верны традиции - "Бороться и искать! Найти и не сдаваться!" Пока мы непотопляемы, морфологические исследования продолжаются. Внедрение новых методов позволит нам определять не только структурное, но и функциональное состояние исследуемых систем, а вместе с тем эндокринный и иммунный статус организма.
Л. Материй, ст.н.с.

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Биохимические исследования были начаты в начале 70-х и касались прежде всего вопросов изучения радиочувствительности и приспособляемости мышевидных грызунов к повышенному уровню радиации в природной среде.

В ходе изучения А.Т. Алиевым (1972-1974 гг.) белкового состава плазмы крови полевок-экономок было показано, что у животных, обитающих на участках с повышенным уровнем естественной радиоактивности, происходят нарушения в белковом обмене. В качестве радиочувствительного теста им было предложено использовать сывороточные эстеразы. Полученные результаты были обобщены в кандидатской диссертации (1974 г.). Логическим продолжением изучения проблемы радиочувствительности и радиоадаптации организма к действию малых доз радиации явились исследования тиоловых групп в органах и тканях грызунов, играющих важную роль в энергетическом обмене (Удот В., 1976; Кудяшева А.Г., 1978). В 1979 г. было начато изучение активности ферментов цикла Кребса и гли-колиза в функционально различных тканях полевок-экономок и зимоспящих животных (Кудяшева А.Г).

Изучение активности процессов дегидрирования в тканях диких грызунов, длительное время подвергавшихся хроническому облучению в природных условиях малыми дозами ионизирующей радиации, позволило показать специфику действия малых доз на окислительно-восстановительные ферменты с учетом возраста, пола и экологии условий обитания животных, оценить функциональное состояние различных органов и тканей грызунов, а также экспериментально на потомстве этих животных вычленить один из многих компонентов радиационного воздействия на организм, а именно, внешнее гамма-облучение, имитирующее повышенный природный уровень гамма-радиации на опытных участках. Установлено, что хроническое (внешнее и внутреннее) воздействие ионизирующей радиации в малых дозах приводит к сдвигам в активности ферментов энергетического обмена, свидетельствующим о начальных нарушениях в процессах дегидрирования.

Проблема малых доз с особой силой встала в связи с Чернобыльской катастрофой, поэтому уже в июне 1986 г. наш отдел, в том числе и биохимики, полностью переключились на исследования в 30-км зоне аварии, продолжавшиеся вплоть до 1993 г.

Прогнозирование состояния природных популяций животных в условиях радиоактивного загрязнения требует выбора и обоснования показателей и объектов, позволяющих адекватно оценить степень этого воздействия. Одним из таких перспективных направлений работы, на наш взгляд, является изучение процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ). Начиная свои исследования в этом направлении, мы опирались на богатый опыт сотрудников школы академика Н.М. Эмануэля в области физико-химической биологии, которые в многочисленных экспериментах на лабораторных животных при действии ионизирующей радиации в острых дозах показали прямую зависимость показателей ПОЛ от различных параметров, характеризующих радиорезистентность животных. В отличие от московской школы биохимиков, наши исследования механизмов регуляции процессов ПОЛ и дегидрирования были выполнены на животных природных популяций в условиях радиоактивного загрязнения среды их обитания. Многие годы бессменным и незаменимым помощником в экспедициях и проводимых экспериментах была м.н.с. Н.Г. Загорская. Позднее в работу включились ст. лаб. А.А. Рогов и м.н.с. О.Г. Шевченко. Большую помощь в исследованиях оказывали инженер-химик Л.Д. Монгалева., ст. лаборанты Л.К. Попова, Е.В. Логинова, Е.В. Ивашевская. Научным консультантом биохимических исследований более десяти лет является Л.Н. Шишкина-к.х.н., ст.н.с. Института химической физики АН СССР. Большая консультативная помощь оказывалась со стороны А.Т. Пикулева - д.б.н., проф. из Белорусского государственного университета и В.А. Барабоя - д.м.н., проф. Института онкологии Минздрава Украины. Полученные материалы легли в основу защищенной А.Г. Кудяшевой в 1996 г. докторской диссертации и монографии "Биохимические механизмы радиационного поражения природных популяций мышевидных грызунов". В последней обобщены результаты 20-летних биохимических исследований по оценке действия радиоактивного загрязнения на организм мелких млекопитающих в зоне аварии на Чернобыльской АЭС > территориях с повышенным уровнем естественной радиоактивности (Республика Коми).

Опыт работы на животных, испытывающих в природных условиях хроническое действие малых доз радиации, свидетельствует о нарушениях в регуляции отдельных звеньев перекисного окисления липидов и процессов дегидрирования у нескольких поколений этих животных. В настоящее время установлено, что при действии малых доз радиации в первую очередь повреждаются мембраны клеток. С этой целью в последнее время для повышения радиорезистентности организма, ослабления повреждающего действия факторов техногенного происхождения, нормализации процессов клеточного метаболизма широко стали применять природные антиоксиданты, обладающие противолучевой активностью и являющиеся средствами профилактического и раннего лечения предпатологических состояний организма при различных степенях лучевого поражения. В перспективе намечается использование различных видов дополнительных нагрузок в сочетании с применением природных антиоксидантов (растительного происхождения) в качестве средств коррекции пострадиационных нарушений энергетического обмена у мышевидных грызунов в условиях техногенного загрязнения. Это позволит выработать рекомендации и обоснования для их применения в практике.
А. Кудяшева, вед.н.с.

НАШ ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ - ДРОЗОФИЛА
В отделе радиозкологии нашего института поддерживается и постоянно пополняется коллекция лабораторных линии плодовой мушки Drosophila melanogaster. Помимо общеупотребляемых экспериментальных линий дикого типа, в коллекции есть линии-мутанты с изменениями определенных аспектов метаболизма, что позволяет использовать их в качестве тестерных систем для различных стрессовых воздействий.

Плодовая мушка Drosophila melanogaster является одним из наиболее изученных эукариотических организмов. В качестве экспериментального объекта она была введена в биологию в начале этого века и с тех пор доминирует в большинстве ее областей, от генетики до радиобиологии, от биологии старения до эволюции. Приоритет дрозофилы обусловлен ее биологическими особенностями: легкостью содержания и разведения в лабораторных условиях, высокой плодовитостью, коротким жизненным циклом с быстрой сменой поколений, наличием в некоторых тканях гигантских политенных хромосом. Высокая скорость метаболизма и простота организации в сочетании со значительной степенью гомологии основных клеточных механизмов дрозофилы по сравнению с высшими животными делают ее предпочтительным объектом и в наших исследованиях.
Группа под руководством д.б.н. В.Г. Зайнуллина изучает генетические и онтогенетические последствия хронических стрессовых воздействий таких, как малые дозы ионизирующих излучений, фитоэкдистероиды, сочетанное действие тяжелых Металлов и облучения, генотоксические химические вещества. Особый интерес представляет для нас исследование клеточных стресс-индуцированных ответов (транспозиций мобильных генетических элементов, процессов репарации и мутагенеза, программируемой клеточной гибели или апоптоза), которые могут лежать в основе изменений показателей приспособленности организма (продолжительность жизни, стерильность, мутагенез).

Наряду с классическим популяционным и генетическим анализом, мы привлекаем современные цитогенетические и молекулярно-биохимические методы исследования. Поэтому мы придаем большое значение развитию сотрудничества с Московским и Санкт-Петербургским университетами. В 1997 г. наша группа наладила контакт с Европейским дрозофилиным центром в г. Умео (Швеция), что значительно пополнило нашу коллекцию линий.

К наиболее перспективным направлениям исследований на Drosophila melanogaster можно отнести биотестирование фитоэкдистероидов, выяснение механизмов радиоиндуцированных эффектов, старения и продолжительности жизни и роль в этих процессах апоптоза, репарации, транспозиций мобильных генетических элементов.
М. Шапошников, аспирант,
А. Москалев, студент 4 курса СГУ

ЕСТЬ ЧТО ВСПОМНИТЬ О МИГРАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Исследования вопросов миграции естественных радионуклидов в почвенно-растительном покрове техногенно-загрязненных территорий были начаты с момента организации лаборатории радиобиологии (1959) в Коми филиале АН СССР. Известно, что без использования радиофизических и радиохимических методов невозможно проведение исследований по двум основным ветвям радиоэкологии - миграции естественных и искусственных радионуклидов и их действию на живые организмы. Поэтому первая группа радиохимиков была направлена в ведущие учреждения Москвы и Новосибирска для освоения методов определения урана, радия и тория в объектах окружающей среды. За рекордно короткий срок были получены уникальные результаты по вертикальному распределению радиоэлементов в различных по генезису почвах на территории бывшего радиевого промысла (В.И. Маслов, Д.М. Рубцов, Г.В. Русанова, Т.В. Гиль). В результате радиохимического анализа семидесяти видов луговой, прибрежной и водной растительности было установлено, что содержание в них урана, радия и тория зависит от экологических условий района их произрастания. Было показано, что у некоторых видов растений накопление радия превышало кларковые показатели в 100-700 раз. Травянистая растительность за период вегетации на радиевых участках с площади 1 га выносит из почвы до 8х10 -5 г радия, более чем 100 мг урана и до 30 г тория. Установлено, что мышевидные грызуны аккумулируют около 90% урана, радия и тория от общего количества радиоэлементов, аккумулируемых всеми позвоночными таежных биогеоценозов.

Позже вопросами миграции естественных радионуклидов были заняты В.Я. Овченков и Б.И. Груздев. Ими была установлена избирательность отдельных видов зеленых мхов в аккумуляции урана в некоторых типах почв горной тундры, а также видовые различия растений в поглощении радия в природных фитоценозах таежной и тундровой зоны. Моделирование процессов загрязнения почв жидкими отходами и изучение почв урано-радиевых и радиевых участков показали, что поглощение радия и урана зависит от физико-химических свойств почв, рН, химического состава растворов и времени контакта фаз. Найдено, что чем богаче почва органическим веществом и коллоидами, тем прочнее связаны уран и радий. Показано, что при контакте жидких радиоактивных отходов с почвами радий фиксируется по различным механизмам: в кислой среде основным механизмом поглощения можно считать образование химических соединений. При повышении рН начинают преобладать ионный обмен и физическая сорбция. Длительное нахождение в почвах приводит к переходу основной части радия в слабо подвижное состояние. Изученные участки загрязнения и выявленные при экспериментах закономерности могут рассматриваться в качестве модели естественных ореолов рассеивания радия. При однократном поступлении радиоактивных вод миграция радия должна иметь локальный характер. В динамических условиях почва начинает работать по принципу хроматографической колонки, и протяженность ореола будет зависеть не только от химического состава вод и концентрации в них радия, но и от типа почв и объема жидкой фазы.

Изучение вопросов миграции естественных радионуклидов продолжало набирать силу и приобретало качественно новую основу. В середине 70-х был разработан метод определения изотопов урана, радия и тория в водах, почвах и растениях (А.И. Таскаев, И.И. Шуктомова), благодаря которому стало возможным использовать метод изотопных неравновесий в радиоэкологических исследованиях. Метод изотопных неравновесий позволяет получать достаточно важную информацию:
1. Оценить относительную активность и вклад дозовых нагрузок отдельных представителей природных радиоактивных рядов;
2. Выявить преобладающее направление миграции радионуклидов в генетических горизонтах почв;
3. Установить основные формы нахождения радионуклидов в почвах (сорбционная; минерально-обломочная);
4. Оценить различия в интенсивности миграции отдельных радионуклидов, в том числе изотопов одного и того же элемента, по цепочке почва-растение.
Впервые было доказано (А.И. Таскаев), что основными загрязняющими ингредиентами являются не родоначальники природных радиоактивных семейств, а многочисленные продукты их распада. Анализ изотопных отношений свидетельствует об отсутствии радиоактивного равновесия в рядах урана и тория не только между различными химическими элементами, <но ч генетически связанными изотопами одного и того же элемента (уран-238 и 234; торий-232 и 228). Причина выявленного нарушения - в отсутствии равновесия между указанными радионуклидами в самих источниках загрязнения и в различной миграционной способности отдельных радионуклидов в почвах,
Обнаружено интересное явление разделения изотопов одного и того же элемента (уран-238,234; радий-226,224; Торий-232,230; торий-232,228; радон-222,220) при переходе из почвы в растения. Для растений более доступны либо изотопы, образовавшиеся в почвах в результате радиоактивного распада уже после прекращения их загрязнения, либо изотопы, генетически связанные с почвами (уран-238; торий-232).
Впервые определены коэффициенты биологического поглощения для отдельных изотопов урана, тория и радия, которые свидетельствуют о различной доступности растениям изотопов одного и того же элемента.
Метод изотопных Отношений был применен при исследовании процессов миграции изотопов тория на территориях с природно повышенным их содержанием указанных изотопов (И.И. Шуктомова). Впервые установлены и исследованы уровни содержания, формы нахождения и особенности распределения и миграции сразу четырех изотопов тория в разных подтипах почв в зависимости от ландшафтно-геохимических условий. Выявлена значительная роль растительности в распределении отдельных изотопов тория в почвенных профилях. Количественно оценены межвидовые различия в накоплении отдельных радионуклидов древесно-кустарниковой и травянистой растительностью и влияние экологических условий на этот процесс. Доказана возможность использования отношений генетически связанных изотопов тория (торий-232 и 228) в качестве количественных индикаторов интенсивности и направленности миграционных процессов как непосредственно в почвах, так и в почвенно-растительном покрове. Говорить о результатах, достигнутых в области миграции радионуклидов, можно очень много и долго. Благодаря методу изотопного анализа, отдел радиоэкологии приобрел широкую известность не только в нашей стране, но и за рубежом. Для многих отечественных исследователей в области миграции естественных радионуклидов научная литература, издаваемая Отделом, стала настольной книгой.

Исследование вопросов миграции трансурановых элементов (И.Г. Кочан, И.И. Шуктомова) в почвенно-растительном покрове 30-км зоны Чернобыльской АЭС (1987-94 гг.) позволили сделать вывод о том, что в период времени после аварии (как только закончилось формирование радиоактивного следа) формы состояния изотопов плутония в почвах определялись непосредственно свойствами выпадений, а не почвенно-климатическими факторами или химическими свойствами радионуклидов. Интенсивность процессов трансформации форм состояния изотопов плутония в почвах зависит от типа почв (в травянистых почвах процессы идут быстрее) и от вида выпадений.

С 1996 г. Отдел радиоэкологии участвует в выполнении региональной целевой программы снижения уровней облучения населения от природных источников ионизирующего излучения (А.И.Таскаев, И.И.Шуктомова, ТА. Абрамова). Для выполнения этой программы в различных административных районах Республики Коми проводится измерение мгновенных межсезонных концентраций радона в воздухе жилых помещений с целью оценки значений эквивалетной равновесной объемной активности радона и доз облучения населения от радона и продуктов его распада. Одновременно проводится определение концентраций материнских (радий-226, радий-228) и дочерних (сви-нец-210, полоний-210) радионуклидов изотопов радона, а также радона-222 в питьевых водах для выявления источников поступления изотопов радона в поверхностные воды и для характеристики территорий по радоноопасности.
И. Шуктомова, ст.н.с.