Гены и радиация

Гены и радиация

Влияние радиации на организм человека - вопрос, решение которого важно не только для нашего века, но тт для грядущих веков. Ведь без решения этого вопроса нельзя овладеть космическим пространством.

Радиация атакует живые организмы не только извне, но и изнутри. Первое не нуждается в объяснении. Для того чтобы понять второе, мы должны знать, что радиоактивный изотоп, проникший в клетки нашего тела, подвергается распаду, в результате чего возникает излучение.

В естественных условиях нас облучают космические лучи и природные радиоактивные вещества земного происхождения. Сюда относятся уран-238, торий-232 и их производные: радий-226 и калий-40. Эти вещества называют радиоактивными нуклидами; они испускают гамма-лучи, которые проникают в ткани организма. Во внутреннем облучении "виноваты" нуклиды урана, тория, ка-лия-40 и углерода-14. Они попадают в организм при дыхании, с пищей и водой.

Но кроме естественного фона на наш организм действует и искусственный фон, созданный человеком. Ядерные и термоядерные взрывы "рождают" огромное количество радионуклидов, среди которых особенно опасны для всего живого стронций-90, цезий-137 и углерод-14. Достаточно сказать, что стронций-90 концентрируется в хромосомах ядер клеток всех организмов. Что касается углерода-14, то это "мина замедленного действия", причем замедленного на тысячелетия. Действие этого радиоактивного элемента растянуто на тысячелетия, и страдать от него будут многие поколения.

В чем же интимный механизм воздействия радиоактивного излучения на молекулы и макромолекулы живого организма?

Как только в клетку проникает анергия ионизирующих излучений, возникают простейшие физические реакции. Скорость этих реакций даже трудно представить (что-то порядка одной квинтиллионной части секунды)! Они заключаются во взаимодействии между ионизирующими частицами и атомами или молекулами вещества. Такие атомы называют возбужденными, или ионизированными. Возбуждаются не только атомы, но и молекулы. В этом состоянии они химически очень агрессивны и тотчас вступают в первичные химические реакции с соседними молекулами или между собой. Такие первичные реакции обычно мгновенны, но могут длиться и часами. В результате нарушается строение макромолекул, без которых нет жизни (вспомним о нуклеиновых кислотах и белках). А это влечет за собой самые серьезные последствия для клетки и всего организма - так называемую вторичную реакцию облучения на организм.

Но такие последствия не обязательны. Дело в том, что и первичная и вторичная реакции по существу химические процессы, а химическими процессами можно управлять (в известной степени). Уже намечаются пути химической защиты клетки и целого организма от вредных последствий облучения. Кислород, например, может изменять ход радиационных процессов в клетке.

Необходимо помнить также, что разные виды ионизирующих излучений действуют на живой организм по-разному и что радиочувствительность разных организмов очень различна. Если считать для человека смертельной дозой 600 рентгенов, то для мыши она равна 900 рентгенов, а для некоторых бактерий - сотни тысяч рентгенов. Значит, клетка может обороняться, защищая от облучения свои жизненно важные макромолекулы.

Радиация вызывает различные изменения в хромосомах и генах. Эти изменения двоякого рода. Во-первых, может измениться (и довольно резко) химическое строение молекул ДНК. Но химические "кирпичики" такой молекулы - это азотистые основания, из которых составлен код генетической информации. Следовательно, их изменения приведут к появлению генных мутаций. Во-вторых, могут произойти разнообразные мутации хромосом,

Нам уже известно, что естественные мутации в подавляющем большинстве вредны для организма. В еще большей степени это можно сказать в отношении мутаций, возникающих под действием ионизирующих излучений. Правда, человек уже научился получать полезные радиационные мутации у растений. Но с самим человеком дело обстоит хуже. Исключительно наглядный пример этого дал взрыв атомной бомбы в Хиросиме и Нагасаки. Японские ученые тщательно изучили десятки тысяч потомков от людей, подвергшихся облучению при этих бомбардировках. Оказалось, что оно привело к усилению самых разнообразных наследственных аномалий различных уродств, преждевременных смертей и т. д.

Интересно также, что облучение матерей ведет к уменьшению числа мальчиков среди новорожденных, тогда как облучение отцов, напротив, увеличивает это число. Академик Н. П. Дубинин указывает, что в первом случае причиной может быть появление в части половых хромосом сцепленных с полом рецессивных летальных мутаций, которые, попадая от матерей к сыновьям, ведут к их гибели. Во втором случае в части Х-хромосом у облученных отцов возникают доминантные летальные (смертельные) мутации, которые вызывают смерть дочерей.

Облучение дает вредное действие не только на половые, но и на соматические клетки. Организм может погибнуть, или же нарушения в нем могут остаться на всю жизнь и явиться причиной заболевания раком в той или иной форме. Но если доза облучения сравнительно невелика, эффект может исчезнуть: ремонтные бригады клеток быстро возвратят их в нормальное состояние.

Коварность облучения выражается в том, что оно не проявляется сразу. Организм как бы не реагирует на то, что сначала поражаются наиболее радиочувствительные ткани (костный мозг, селезенка, железы внутренней секреции). Но на втором, пока еще скрытом, этапе лучевой болезни уже заметно нарушается обмен веществ, организм отравляется и слабо сопротивляется инфекциям. Что касается третьего этапа, то здесь лучевая болезнь разворачивается вовсю, приводя организм к гибели. Ведущий момент лучевой болезни - поражение клеточных ядер. И первый удар принимают на себя молекулы ДНК.

Еще не так давно ученые считали, что этот удар, направленный па ген, сразу дает необратимые изменения. Академик Н. П. Дубинин указывает, что это не так. Надо различать предмутационное состояние (потенциальное изменение гена) и переход в истинную мутацию. Первая ступень может перейти во вторую, но внутренний "ремонт" клетки иногда бывает настолько эффективным, что ей удается восстановить исходную нормальную генетическую структуру. Этот процесс называют репарацией. Возможность такого восстановления (конечно, в зависимости от мощности и дозы облучения) - факт большой важности. Различные виды излучений действуют по-разному. Важно то, что их воздействие на генетические механизмы в какой-то степени зависит и от условий обмена веществ внутри клетки. Это обстоятельство открывает перспективы для радиационной селекции, которая достигла уже немалых успехов.

Перед человечеством стоит угроза неуклонного повышения фона радиации на Земле. Как учесть величину, порог вредности этого явления для нашего потомства? Очевидно, надо учитывать, что в естественных условиях протекает мутационный процесс. К темпам этого процесса нужно добавить эффект искусственного повышения радиации, вернее, необходимо сопоставить темпы естественного и искусственно вызываемого мутационного процесса. Академик Н. П. Дубинин предлагает для этого понятие "удваивающая доза", т. е. доза радиации, которая увеличивает количество мутаций в два раза по сравнению с естественным мутированием.

Можно допустить, что естественные мутации у человека составляют величину 5х·10^-6 на один ген. Для обезьян установлено, что энергия облучения, равная 1 рентгену, вызывает 5х·10^-7 мутаций на один ген. Если перенести эти вычисления на человека, то окажется, что 1 рентген вызывает одну десятую долю естественной мутабильности. Другими словами, весь объем естественного мутационного процесса выполняется у человека дозой 10 рентген. А удваивающая доза будет в этом случае равна 20 рентгенам. Эта небольшая величина особенно настораживает. Она наглядно показывает вред даже небольшой дополнительной радиации для половых и соматических клеток человека и, безусловно, доказывает вред дальнейшего продолжения атомных и водородных взрывов. Атомная энергия должна быть использована разумно только в мирных целях.