Генетические последствия загрязнения окружающей среды и защита животных от мутагенов

Последние десятилетия характеризуются интенсификацией производственных процессов в промышленном и сельском хо­зяйстве. В результате этого в окружающей среде — воздухе, почве, воде — накапливаются огромные количества веществ, часть из которых обладает мутагенной и тератогенной активнос­тью. Среди них особое значение имеют химические мутагены — ДДТ, гексахлорбензол и другие пестициды из класса хлорирован­ных углеводородов, которые способны накапливаться в живых организмах. В районах интенсивного сельского хозяйства источ­ником мутагенов являются нитраты.

Перевод животноводства на промышленные технологии в нашей стране сопровождался концентрацией поголовья живот­ных на ограниченных территориях ферм и комплексов, что вы­зывает повышение концентрации микрофлоры, в том числе воз­будителей различных болезней.

Вирусы, непосредственно внедряясь своим генетическим ап­паратом в геном клеток животных или через свои биологические субстраты, обладающие антигенными свойствами, могут стать сильным фактором индуцированного мутагенеза. Для профилак­тики и лечения бактериальных и вирусных инфекций, инвазий используют инактивированные, а также живые вакцины, сыво­ротки, широкий арсенал синтезированных фармакологических средств, что, безусловно, дает положительный эффект. Однако следует оценивать и побочные результаты ветеринарной терапии,

что может проявляться в повышении частоты нарушений хромо­сом и ДНК в половых и соматических клетках самих животных, изменениях программы развития их эмбрионов.'

Вместо повышения жизнеспособности из-за такого рода мута­ций будут происходить ослабление резистентности, снижение продуктивности животных и т. д.

Особенно серьезную опасность представляют химические за­грязнения среды разведения животных. Если всего три десятиле­тия назад основным удобрением полей был перегнивший навоз, то сейчас в основном используют химические удобрения. Это приводит к концентрации в кормах нитритов и нитратов, вред­ное действие которых на организм известно. Второй фактор — борьба с вредителями полей, садов и огородов. Она основана также на применении химических соединений — пестицидов, ко­торые обладают очень сильными мутагенными свойствами. От­мечается, что большинство пестицидов устойчивы к химическо­му и биологическому разложению и имеют высокий уровень токсичности. Перечень вредных химических веществ, с которы­ми контактируют животные, огромен.

В этой связи важное значение имеет экологический мониторинг среды разведения животных, предусматривающий определение ха­рактера и уровня химических веществ в почве, воде, кормах и теле животных. Необходимо создание экологических карт хозяйств и ре­гионов, на которые наносится соответствующая информация.

Авария на Чернобыльской АЭС привела к радиоактивному загрязнению огромных территорий РФ, Украины и Белоруссии. Возникла глобальная проблема оценки генетических последствий этой катастрофы на различные биологические объекты, в том числе сельскохозяйственных животных.

Нами проведен анализ хромосом у коров швицкой породы в совхозе «Труд» Клинцовского района Брянской области. Хозяйство относится к зоне сильного загрязнения окружающей среды радио­нуклидами. В исследованных метафазах обнаружено 38,94 % аберра­ций. Соотношение разных типов аберраций было следующим:

Радионуклиды, как отмечено выше, сами по себе являются мощным фактором индукции мутаций, прежде всего повреждая целостность хромосом и вызывая аберрации.

Но оказалось, что они при взаимодействии с химическими му­тагенами способны усугублять ситуацию. Во НИИ ветеринарной генетики и селекции (НИИВГиС) проводятся комплексные иссле­дования по эколого-ветеринарной генетике. Это раздел ветеринар­ной генетики, изучающий влияние различных экологических фак­торов на наследственность животных, устойчивость к заболевани­ям, сопряженную эволюцию микро- и макроорганизмов, генетическую обусловленность накапливать или выводить из орга­низма вредные вещества, генетически детерминированные реакции животных на лекарственные препараты и т. д. Одна из задач эко­лого-ветеринарной генетики — селекция животных на устойчивость к вредным физическим, химическим и биологическим факторам. Сотрудники НИИВГиС установили негативное влияние радиации и химических загрязняющих веществ на хромосомную нестабиль­ность, иммунный ответ к некоторым антигенам, гормональный статус и накопление химических элементов в тканях крупного рогатого скота. Проводится цитогенетический, иммуногенетичес-кий, иммунологический, химический и биохимический монито-ринги популяций сельскохозяйственных животных в экологически чистых и загрязненных районах Западной Сибири.

Неблагоприятная экологическая среда, характеризующаяся возрастанием уровня ионизирующей радиации, интенсивным ультрафиолетовым излучением и особенно действием токсичес­ких химических соединений, которыми сейчас в ряде регионов перенасыщены воздух, вода, почва и растения, повышенная кон­тактность животных с ретровирусами приводят к снижению уровня иммунитета и увеличению нестабильности генетического аппарата животных. Это может проявляться в форме образова­ния мобильных генетических элементов, способных к трансфор­мации в вирусы иммунодефицита — СПИДа у человека и анало­гичные им у животных.

Ученые подчеркивают, что проблема СПИДа (и родственных ему заболеваний, вызываемых ретровирусами — автономными генами, которые во многом сходны с вирусом иммунодефицита у человека) — это совершенно новая биологическая ситуация, с которой начинается широкое распространение приобретенной генетической патологии. При этом резкое ухудшение экологи­ческой ситуации можно считать ведущей причиной того, что именно во второй половине XX в. стали выходить из-под кон­троля процессы образования подвижных генов.

Методы эколого-генетячесжого мониторинга в животноводстве. Увеличение частоты ранее известных или появление новых мутаций в последующих поколениях животных — показатель возрастающего действия мутагенов среды. В условиях конкретной экологической среды разведения животных важное значение имеет определение мутагенной активности как отдельных факторов, так и всего их комплекса. Здесь речь может идти о генетической активности лекарственных препаратов, применении нетрадиционных кормовых до­бавок, гормональных обработок животных. Главное внимание, очевидно, должно уделяться анализу влияния на стабильность ге­нома того или иного уровня загрязнения окружающей среды.

В настоящее время рекомендуется использовать следующие тесты генетической активности веществ: 1) генные мутации; 2) хромосомные аберрации; 3) обмены между сестринскими хрома­тидами; 4) микроядерный тест и др.

Для оценки частоты новых и старых возникших ранее (гене­тический груз) мутаций рекомендуется использовать цитогенети-ческий метод, анализ мономорфных систем белков, учитывать частоту врожденных аномалий, спонтанных абортов и мертво-рождений, соотношение полов в потомстве животных. Образова­ние хромосомной аберрации или необычного типа белка, кото­рых не было у родственных животных, служит доказательством вновь образовавшейся мутации.

Анализ частоты сестринских хроматидных обменов в лимфо­цитах крови дает возможность установить наличие генетической активности при воздействии на организм того или иного химичес­кого агента. Этот метод в 1972 г. предложили А. Ф. Захаров и Н. А. Еголина. Сущность его состоит в том, что в культивируемые in vitro лимфоциты, стимулированные для прохождения митозов фитогемагглютинином, вводят аналог тимидина 5-бромдезокси-уридин (БДУ). В зависимости от времени его добавки в среду (первый или второй клеточный цикл) он включается в одну или обе сестринские хроматиды. При соответствующей обработке пре­паратов и использовании красителя Гимзы под микроскопом можно видеть хромосомы с одной окрашенной (БДУ включился) и с другой неокрашенной хроматидами. В отдельных хромосомах наблюдают дифференциальную окраску хроматид — чередование темных и светлых участков. Это значит, что произошли измене­ния, т. е. обмены между сестринскими хроматидами (СХО). Вы­сокая частота СХО свидетельствует о мутагенном действии изуча­емого вещества, с которым контактировали клетки крови.

Этот метод дополняют анализом частоты разрывов хромосом, других аберраций, полученных от тех же животных, но лучше при сплошной окраске.

В последнее время предложен еще один чувствительный метод выявления мутагенности факторов среды — так называе­мый микроядерный тест. Дело в том, что дополнительные ма­ленькие ядра (микроядра) на окрашенных мазках крови образу­ются за счет целых хромосом или их фрагментов, которые при делении не включаются в основное ядро из-за повреждений. Наблюдается возрастание числа микроядер в эритроцитах млеко­питающих при воздействии мутагенов. Для этих же целей аде­кватные результаты может дать анализ частоты нерасхождений хромосом в клетках костного мозга на стадии анафазы.

Возрастание частоты злокачественных новообразований, в том числе и лейкозов у человека и животных, ученые обоснованно связывают с загрязнением окружающей среды. Установлено, что многие мутагены одновременно являются и канцерогенами — факторами, ведущими к злокачественной трансформации клеток. Следовательно, распространение в среде разведения животных генетически активных агентов может приводить не только к повышению частоты мутаций, но и к возрастанию частоты зло­качественных новообразований.

Эта проблема в ветеринарии — одна из актуальных и очень непроста для решения. Исследования ученых показали существо­вание РНК-содержащих или ретровирусов, способных при ин­фекции встраиваться в геном клеток животных и нарушать их генетическую программу. С другой стороны, в нормальных клет­ках млекопитающих признано существование участков ДНК, сходных по строению с РНК ретровирусов. Это так называемые протоонкогены, принимающие участие в контроле клеточного цикла. Последние, как полагают ученые, превращаются в онкоге­ны, что приводит к нарушению их экспрессии и развитию раково­го процесса. Толчком этого события могут быть вирусные инфек­ции, действие на организм физических и химических мутагенов.

Генетическая резистентность организмов при этом имеет зна­чение. Одни животные остаются только инфицированными рет-ровирусами, что обнаруживают по реакции иммунодиффузии или с помощью ДНК-зондирования, у других вскоре развивается лей­коз или другая форма рака. Для выявления устойчивости живот­ных к лейкозам важное значение имеет оценка стабильности ге­нома. Одними из таких критериев могут быть частота полиплои­дии, разрывов хромосом, изменчивость хромоцентров. По нашим данным, последний показатель у крупного рогатого скота, пред­расположенного к лейкозу, достоверно отличается от нормы.