Наследование снижения спонтанной двигательной активности у одноклеточных гидробионтов Spirostomum ambiguum после γ-облучения в малых дозах

Наследование снижения спонтанной двигательной активности у одноклеточных гидробионтов Spirostomum ambiguum после Y-облучения в малых дозах

Сарапульцева Е.И., Иголкина Ю.В.

Обнинский государственный технический университет атомной энергетики (ИАТЭ), Обнинск

В популяции инфузорий Spirostomum ambiguum при очень малой для объекта дозе радиации - 0,01 Гр наблюдается устойчивое снижение спонтанной двигательной активности особей. Повреждение наследуется при вегетативном размножении на протяжении многих клеточных генераций (прослежены до 12-15 поколений). Изменения проявляются у значительного числа особей. Они отличаются от обычно изучаемых радиационных клеточных эффектов независимостью от величины дозы. Рассматривается значение полученных результатов в связи с проблемой радиационной опасности.

Ключевые слова: ионизирующее излучение; малые дозы; одноклеточные гидробионты; двигательная активность; наследование; радиационная опасность.

Спиростомы широко распространены в природе. Они обитают в планктонном слое пресноводных водоемов [6]. Этих простейших, как и других инфузорий, относят к высоко радиоре-зистентным объектам. Их повреждение зарегистрировано в литературе при дозах порядка сотен и более Грей [7, 8]. Между тем нами [5] было показано, что уже после облучения в столь малой дозе, как 0,1 Гр, у подавляющего большинства спиростом через час после воздействия наблюдается выраженное снижение спонтанной двигательной активности (СДА) по сравнению с контролем. Эти нарушения не возрастали с увеличением дозы в очень большом дозном интервале (вплоть до 850 Гр), что не укладывается в рамки принятых представлений о действии радиации на клетку. В то же время указанные данные оказались созвучными результатам работ [1-3], в которых у разных объектов, в том числе инфузорий других видов (Paramecium caudatum и Climacostomum virens), помимо традиционно изучаемых клеточных изменений, возрастающих с увеличением дозы, обнаружены особые массовые дозонезависимые («нестохастические») эффекты, которые индуцируются уже низкими дозами радиации. Данные эффекты были выявлены по признаку повышения вероятности клеточной гибели. При этом в опытах с простейшими было показано, что указанные необычные нарушения имеют место не только в ранние, но и в отдаленные сроки после облучения. Они сохранялись без признаков репарации на протяжении неопределенно большого ряда клеточных поколений - наследовались [1, 3]. В связи с этим нам представилось интересным выяснить: подчиняются ли этим же закономерностям обнаруженные нами у спиростом нарушения СДА, наследуются ли и они потомками особей, облученных в диапазоне относительно малых доз. Такие наблюдения важны как для изучения проблем радиационной опасности, так и для общей радиобиологии.

Сарапульцева Е.И.* - научный сотрудник ИАТЭ; Иголкина Ю.В. - научный сотрудник ИАТЭ.

* Контакты: 249040, Калужская обл., Обнинск, Студгородок 1. Тел.: (48439) 3-69-31; e-mail: bioeco@iate.obninsk.ru.

Материалы и методика

Инфузории Spirostomum ambiguum имеют относительно большие размеры (длина 1-3 мм, диаметр 0,3-0,5 мм), что позволяет наблюдать за ними при небольшом увеличении (х17). Эти гидробионты неприхотливы и хорошо размножаются в лабораторных условиях на дехлорированной водопроводной воде. Спиростом культивировали в биологических пробирках при температуре 20±1оС в виде массовой культуры. Воду после дехлорирования отстаивали не менее 3 суток, а затем отфильтровывали через обеззоленный фильтр. Питание осуществляли пищевыми дрожжами один раз в неделю. Культуру поддерживали в логарифмической фазе роста путем регулярных разбавлений суспензии. Спиростом для облучения брали из массовой культуры через 3 суток после кормления. Их облучали в пробирках в объеме 6 мл. Облучение проводили на установках «Исследователь» (Россия, 60Co, 48 Гр/мин) и «у-cell» (Канада, 60Co, 18 сГр/мин) в дозах 0,01; 0,1; 1; 20; 50, 100; 200; 500; 850; 1000 и 1500 Гр.

СДА исследовали у особей, которых отбирали из массовых культур на разных сроках после облучения и в контроле, а затем помещали в лунки специальной камеры. В соответствии с имеющимися методическими разработками [4], за каждой из спиростом наблюдали под микроскопом МБС-10, в окуляр которого был помещен визир. Количественной мерой СДА служило число пересечений инфузорией визира окуляра микроскопа за 1 мин. Этот эспресс-метод позволял получать убедительные результаты уже сразу после облучения.

Результаты обрабатывали статистически с использованием программы MicrosoftExcel'2003 SR-2 Origin по параметрическому критерию Стьюдента. Стандартную ошибку для процента измененных показателей СДА оценивали по формуле:

где Р - показатель СДА в опыте, %; n - численность спиростом в экспериментальной группе.

Выше мы цитировали работу [5], в которой при наблюдениях за СДА непосредственно облученных спиростом было обнаружено, что уже при дозе 0,1 Гр имеет место значительное снижение этого показателя по сравнению с контролем. В таблице представлены результаты изменения СДА в контроле в трех сериях опытов при еще более низкой дозе 0,01 Г р. Видно, что и в этом случае средние показатели СДА спиростом достоверно ниже, чем в контроле. Они хорошо воспроизводятся во всех сериях опытов, отличаясь от контроля в среднем на 57 %.

Рассмотрим результаты изменения СДА после облучения в диапазоне доз 0,01-1500 Гр. Они представлены на рис. 1. Видно, что эффект снижения СДА сохраняется примерно на одном уровне вплоть до 850 Г р.

Результаты и обсуждение

Показатели СДА в контроле и после облучения в дозе 0,01 Г р в трех сериях опытов

Таблица

№ серии Контроль Опыт Изменения, %

1 2,0±0,2 0,8±0,4 40,0±5,8

2 2,2±0,1 1,4±0,3 63,6±6,2

3 2,5±0,2 1,1±0,1 44,0±7,0

Среднее значение 2,1 ±0,2 1, 1 ±0,2 57,1±6,3

‘ Отличия опыта от контроля достоверны при р<0,05.

а)

10 100 Доза, Гр

Рис. 1. Зависимость СДА спиростом (в % относительно контроля) от величины дозы радиации от 0,01 до 100 Гр в полулогарифмическом масштабе (а) и от 0,01 до 1500 Гр в линейном масштабе (б).

%

0,01

0.1

Теперь рассмотрим данные о СДА спиростом в потомстве облученных клеток. На рис. 2 представлена зависимость СДА от величины дозы радиации через 4, 14, 21 и 30 суток после воздействия. Эффект выражен в % по отношению к контролю (в контроле и при каждой из доз на всех временных периодах использовано по 60 особей). Настоящее исследование показало, что изучаемая реакция проявляется не только сразу после воздействия, но и в отдаленные сроки после него, даже через 30 суток, на протяжении которых у спиростом сменилось множество клеточных генераций (средняя продолжительность клеточного цикла у спиростом составляет 2 суток [8]). Мы видим поразительное единообразие картины во всех случаях. На всех сроках исследования уже при дозе 0,01 Гр наблюдается явное угнетение функции движения инфузорий, степень которого не возрастает с ростом дозы даже при ее увеличении в 50000 раз (до максимальной из использованных в настоящей работе доз - 500 Гр). При этом эффект практически не меняется во времени. Продемонстрированные нами во всех случаях значительные отклонения СДА от контроля говорят о массовом проявлении изменений описанного типа.

%

100

б)

50

Г+^Т

50

1-*-г

0 0,01 0,1 20 50 100 200 500 0 1— 0 0,01 0,1 20 50 100 200 500

% 100 ' в) %

50

1-4-4-

50

І І

0 0,01 0,1 1 20 50 100 200 500

0 0,01 0,1 1 20 50 100 200 500

Доза, Гр

Рис. 2. Зависимость СДА спиростом от величины дозы радиации в диапазоне 0,01 -500 Г р через 4 (а), 14 (б), 21 (в) и 30 (г) суток после воздействия (в % относительно контроля).

%

0

г)

0

0

Итак, можно сделать вывод, что изменения СДА, индуцируемые облучением уже в очень малых дозах, наследуются при вегетативном размножении спиростом. Этот вывод подчеркивает опасность действия радиации на исследованных представителей биоты.

Совокупность полученных данных указывает на необходимость дальнейших исследований эффекта, прежде всего к установлению доз радиации, которые еще не вызывают описанное повреждение. Это, на наш взгляд, обогатит представления о биологическом действии радиации в малых дозах и откроет новые подходы к оценке радиационной опасности.

Литература

1. Бычковская И.Б. Метод наблюдения за наследованными летальными эффектами у простейших //Цитология. 1978. Т. 20, № 6. С. 700-704.

2. Бычковская И.Б. Особые клеточные эффекты и соматические последствия облучения в малых дозах /И.Б.Бычковская, Р.Ф.Федорцева, П.В.Антонов и др. СПб: СПМКС, 2006. 150 с. (http://irbb.ucoz.ru).

3. Бычковская И.Б. Проблема отдаленной радиационной гибели клеток. М.: Энергоатомиздат, 1986. 160 с.

4. Мелехова О.П., Сарапульцева Е.И., Евсеева Т.И. и др. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: Учебное пособие /Под ред. О.П.Мелеховой и Е.И.Сарапульцевой. М.: Академия, 2008. С. 216-220.

5. Сарапульцева Е.И. Спонтанная двигательная активность инфузорий Spirostomum ambiguum после у-облучения в широком диапазоне доз как информативный метод биотестирования //Радиационная биология. Радиоэкология. 2008. Т. 48, № 3. С. 353-355.

6. Шарова И.Х. Зоология беспозвоночных. М.: ВЛАДОС, 1999. 280 с.

7. Choppin G., Rydberg J., Liljenzin J.O. Radiochemistry and Nuclear Chemistry. Butterworth-Heinemann Ltd., 1995. P. 473-512.

8. Wichterman R. The biology of paramecium. New York: Blakiston Comp. Inc., 1953. 398 p.

Inheritance of spontanous motional activity decreas in unicellular hydrobiontes Spirostomum ambiguum 7-irradiation at low doses

Sarapultseva E.I., Igolkina J.V.

Obninsk State Technical University for Nuclear Power Engineering (IATE), Obninsk

Stable lowering of spontaneous motion activity is observed in a very low for this object dose 0.01 Gy in a population of paramecium Spirostomum ambiguum. This injure inherits in vegetative reproduction in a lot of cellular generations (12-15 generations were observed). It takes place in a number of individuals. Doses-independence distinguishes this injure from usual radioactive cellular effects. Significance of these results is taken up in connection with the problem of low doses of radioactive danger.

Ключевые слова: ionizing radiation; low doses; unicellular hydrobiontes; motional activity; Inheritance; radioactive danger.