Лекция 3 ОСНОВНОЙ ВОПРОС РАДИАЦИОННОЙ ГЕНЕТИКИ: СУЩЕСТВУЮТ ЛИ У ЛЮДЕЙ РАДИАЦИОННЫЕ МУТАНТЫ?

А.Н. Котеров

1. Обыденное представление, подкрепленное СМИ, литературой и кино: облучение родителей с неизбежностью приводит к рождению детей-мутантов

Многие из нас как будто твердо знают по литературе и фантастическим фильмам, что если людей облучить, то у их потомков (необ- лученных) будет проявляться великое множество различных нарушений, болезней и уродств. Из фантастических романов и из многочисленных фильмов-антиутопий следует, что связь между облучением родителей и появлением у них детей-мутантов очевидна и неопровержима.

Приведем некоторые цитаты из научно-фантастического романа прежних лет:

«От проклятия Радиоактивных Осадков, о Боже, избави нас.

От рождения чудовищ, о Боже, избави нас.

От проклятия Мутации, о Боже, избави нас».

«...Долину Мутантов, что лежала в нескольких милях к западу, за вершиной горы. Там, в изоляции, словно прокаженные, жили своей колонией генетические монстры... Их ряды все время пополнялись изувеченными и еле волочащими ноги существами, которые стремились подальше спрятаться от всего мира. Некоторые из них были способны к продолжению рода и растили детей. Часто эти дети наследовали чудовищные уродства своих родителей. Часто они рождались мертвыми или умирали, не достигая зрелости. Но иногда наследственность отступала, и от союза мутантов рождались вполне нормальные на вид дети. Правда, бывало и так, что внешне нормальные отпрыски были подвержены губительному влиянию скрытых пороков сердца или мозга, которые лишали их человеческой сущности, оставляя только человеческую внешность».

«Двухголовая женщина с пустой корзинкой и шестиногой собакой поджидала возле входа в новую трапезную, что-то тихо напевая собаке».

Это отрывки из романа американского фантаста Уолтера Миллера младшего («Гимн Лейбовичу»; 1960). Колоритные картины всемирной ядерной катастрофы, нарисованные писателем в 1960 г., в то время отнюдь не казались чем-то нереальным. Действительно, для пострадавших в Хиросиме и Нагасаки еще не закончилась трагедия смертей даже от лейкозов (одного из наиболее ранних отдаленных последствий лучевого поражения), и поэтому было трудно судить о более поздних эффектах, в особенности геномных: уровень развития методического аппарата не позволял проводить соответствующие молекулярно-генетические исследования.

Большинство испытаний ядерного оружия в 1950-х и до начала 1960-х гг. проходили в атмосфере со всеми плачевными последствиями этого. Развивалась атомная энергетика. В результате человечество как бы замерло в ожидании множества радиационных мутантов и генетических чудовищ, в ожидании «генетической катастрофы», которая приблизит конец света. Если бы русский писатель Н.Г. Помяловский жил в это время, то персонаж его «Очерков бурсы» Шестиухая Чабря с неизбежностью был бы отнесен к последствиям радиоактивного загрязнения.

Проходили годы и десятилетия, среди потомства облученных людей все никак не выявлялись в повышенном количестве пи мутанты, ни генетические уроды, но последние продолжали жить своей виртуальной жизнью в СМИ, романах, художественных и научно-популярных фильмах, где упоминалась радиация. Примеры может вспомнить каждый; взять хотя бы фильм по сценарию Кира Булычева «Через тернии к звездам».

Ныне радиационные мутанты живут еще и в компьютерных играх.

Многие, наверное, помнят также, что началось вскоре после аварии на Чернобыльской атомной станции (ЧАЭС) и отчасти продолжается до сих пор. Все эти «факты» о многоголовых телятах, лысых курах и т.п. Приведем сведения из публицистической работы авторитетного автора в области радиобиологии и радиационной эпидемиологии, профессора С.П. Ярмоненко:

«Носителями «настроений кошмара» являются не только журналисты, но и некоторые «специалисты», пе обремененные достаточными знаниями в области количественной радиобиологии и радиационной медицины. Вот и наглядные тому примеры. Все помнят не сходившего много лет с экранов телевизора восьминогого жеребенка из многострадального украинского села Народичи, причину удвоения ног которого приписывали воздействию чернобыльского взрыва. Между тем через 2 дня после аварии в соседнем селе родился жеребенок с шестью ногами, лишняя пара которых, конечно, не выросла за эти 2 дня...»

И еще пример — журнал «Знание — сила», № 8 за 1988 г. На вопросы корреспондента отвечает академик АН Украины Д.М. Гродзин- ский... приведены еще более ошеломляющие данные: «образовались табуны кур. Петухи почему-то стали образовывать новые семьи, выросла их агрессивность. Куры и петухи перестали бояться лис. Такая же история может происходить и с людьми».

Конечно, в данных анекдотах речь могла идти о внутриутробном облучении на загрязненной территории, а не о необлученных потомках облученных родителей, но в обыденном сознании все это с неизбежностью трансформировалось именно в «наследуемые радиационные мутации». Хотя восьмииогий жеребенок из села Народичи настолько же являлся жертвой радиации, как и Шестиухая Чабря Помяловского.

Но существуют ли на самом деле радиационные мутанты у человека, и что нам говорит об этом радиационная генетика, которая изучает облученные популяции людей почти шесть десятилетий?

2. Данные генетики и эпидемиологии: радиационных мутантов у людей обнаружить невозможно, поэтому риск наследственных эффектов облучения рассчитывают исходя из опытов на мышах

После атомных бомбардировок в Японии авария на ЧАЭС явилась вторым по значимости событием, индуцировавшим эпидемиологические исследования в области радиационной генетики. Сразу скажем, что наследственные эффекты облучения1 так и не были однозначно зарегистрированы на популяциях человека, несмотря па соответствующие исследования в течение почти 60 лет. Признавая, что таковые эффекты должны иметь место и у человека, поскольку он в этом плане не является исключением из живого мира, международные организации (НКДАР, МКРЗ и ВЕЖ) указывают в то

'Синоним — «трансгенерационные эффекты»,т.е. эффекты у необлученного потомства облученных родителей.

же время, что радиационная эпидемиология так и не предоставила доказанных и однозначно трактуемых данных о трансгенерационном мутагенезе у людей (см. ниже).

Началом формирования предмета радиационной генетики можно считать 1927 г., когда Генри Меллер (H.J. Muller) показал, что рентгеновские лучи вызывают увеличение частоты появления мутантных потомков у дрозофил, родители которых подвергались облучению. С этого времени ионизирующее излучение стало одним из инструментов исследования механизмов действия мутагенных факторов на клетки и целостные организмы. Но вплоть до 1945 г. эти исследования имели сугубо научный, фундаментальный характер и мало интересовали широкие слои населения (аналогичная ситуация сформировалась позже в период перед аварией на ЧАЭС).

После событий в Японии 1945 г. возник интерес ко всем моментам, связанным с воздействием радиации на человека и биоту, в том числе и к вероятным генетическим последствиям облучения. Предмет «радиационная генетика» получил свое новое развитие.

Основные понятия были сформулированы в 1950-х гг. Принцип удваивающей дозы, т.е. дозы, которая увеличивает частоту фоновых, спонтанных мутаций в популяции вдвое, как способ оценки генетического риска официально был введен в 1956 г., хотя ранее эта концепция формулировалась Г. Меллером начиная с 1951 г. Удваивающая доза появилась в отчете BEAR-1956 (NRC-1956), затем подтверждалась в документах НКДАР-1958 и 1962 и в BEIR-1972. Последние незначительные модификации в принцип удваивающей дозы были введены в 2000 г.

История развития количественных реперов в радиационной генетике демонстрирует значительные изменения со временем. Начало было положено опытами на растениях, дрозофиле и мышах. В результате исследований на этих объектах (преимущественно на дрозофиле) акад. Н.П. Дубинин вычислил размер удваивающей дозы для человека, которая составила по его мнению за 30 лет 30 мГр (тогда — рад). Весь объем накопленных спонтанных мутаций у человечества, согласно Н.П. Дубинину, вызывался облучением в дозе 0,1 Гр, и это значение вошло в 1960-х гг. в отечественные руководства как репер удваивающей дозы. Но долго теоретическое значение в 0,1 Гр, конечно, продержаться не могло.

Самые ранние принятые международными организациями оценки удваивающей дозы принимались в диапазоне 10—100 Р (рентген; в то время размерности дозы были таковы). В сообщении BEAR 1956 г. удваивающая доза оценивалась как 40 Р. В НКДАР от 1958 г.

соответствующее значение было 30 Р. В 1958—1961 гг. вышли работы, в которых было показано, что хроническое воздействие у-излу- чения на сперматогонии мышей менее эффективно, чем острое, и НКДАР в отчете от 1962 г. сделал вывод, что при хроническом воздействии радиации на самцов удваивающая доза в 3—4 раза выше, чем значение 30 Р, используемое в докладе 1958 г., и равно приблизительно 100 Р.

В отчете НКДАР от 1972 г. удваивающая доза была оценена 1 Гр на основе данных для различных видов генетических повреждений (полустерильность, мутации в специфических локусах, доминантные видимые мутации, мутации, приводящие к аномалиям скелета, и ауто- сомные рецессивные летали), индуцированных в сперматогониях мышей острым рентгеновским облучением в значительных дозах; отдельные оценки удваивающей дозы колебались вокруг среднего значения в 30 рад. В условиях хронического облучения, как было показано при анализе дозовых зависимостей индукции мутаций в специфических генных локусах, значение удваивающей дозы было приблизительно в 3 раза выше, т.е. составила 100 рад.

Оценки удваивающей дозы для наследственных генетических эффектов у человека проводились, исходя из экспериментально полученных значений первоначально для дрозофилы, а потом для мышей, поскольку, как было сказано, выявить какие-то эффекты у необлучен- ных потомков облученных людей не удалось начиная с исследования японской когорты.

Базой для оценки радиационно-генетического риска стали результаты объемного радиобиологического исследования Л.Б. и У.Л. Расселов (L.B. Russell, W.L. Russell) в Окриджской национальной лаборатории США, которые были проведены на 7 млн инбредных мышей. В этом исследовании, известном как проект «Мега-мышь», было изучено семь специфических мутаций в отдельных локусах, шесть из которых были связаны с изменением окраски шерсти, а одна приводила к задержке роста ушей. Эти мутации встречаются и спонтанно, но частота их возрастает в результате облучения.

Мутации в семи специфических тестируемых генных локусах у облученных мышей и послужили основой для расчета частоты спонтанного и индуцированного радиацией мутагенеза у человека. Согласно давно не менявшемуся положению удваивающая доза для генетических эффектов у человека применительно к воздействию радиации с низкой линейной передачей энергии составляет 1 Гр, и это значение вычислено, исходя из радиобиологических экспериментов на мышах.

Таким образом, и доныне базой расчета радиационных рисков наследственных патологий является не что иное, как эксперименты на лабораторных животных, причем животных весьма мелких и не слишком близких к человеку. Попытки обнаружить увеличение частоты мутаций в кодирующих генных локусах у потомков облученных людей не привели к успеху. Но, как отмечается в документах международных организаций (НКДАР, МКРЗ, ВЕП1 и др.), данный отрицательный результат не служит однозначным доказательством отсутствия наследуемых мутаций в генных локусах облученных людей вследствие двух причин:

  • а) возможности отрицательной селекции против генных мутаций в популяциях человека. Например, было обнаружено, что у спонтанных абортусов и у детей с пороками развития частота генных мутаций выше. У мышей феномен спонтанных абортов отсутствует вследствие большого числа индивидуумов в помете. При аборте погибает весь помет, что является неблагоприятным для вида. Именно поэтому у мелких лабораторных животных отчетливо выявляются различные наследуемые эффекты;
  • б) медленного темпа мутирования генов у человека. Данный феномен не позволяет обнаружить увеличение частоты генных мутаций вследствие заведомо недостаточной выборки при любых реальных исследованиях какого угодно масштаба. В целом средняя частота мутаций в генах человека оценена в 10 6 — 10 5 на локус на одну генерацию. Анализ данных для человека, основанных па оценке мутаций в 135 аутосомальных генах, показывает, что спонтанная частота оценивается приблизительно как 3 • 10 6 на ген. Для обнаружения достоверного повышения частоты мутаций в структурных генах

при их исходной частоте в популяции с 0,5 5 до 1,0 5 на поколение и статистической значимости 0,05 требуется тестировать не менее 15 млн локусов. При исследовании потомков, выживших после атомных бомбардировок, число детектированных генных локусов не превышало 50, поэтому было оценено, что для получения достоверных отличий необходимы когорты размером не менее 300 тыс. человек. Понятно, что это практически недосягаемая выборка. Расчеты показали также, что для статистически значимого выявления подобного сдвига в частоте мутаций, к примеру по 30 локусам, потребуется анализ по меньшей мере 160 тыс. детей, тогда как в японской когорте был доступен всего 23 661 потомок пострадавших. Это и не позволило обнаружить сдвиги в скорости мутирования в половых клетках облученных родителей.

Таким образом, в настоящее время не следует ожидать появления где-либо прямых эпидемиологических данных по наследственным генетическим эффектам для человека, в том числе после аварии на ЧАЭС (слишком низок уровень экспозиции у подавляющего большинства пострадавших и резидентов Чернобыля). В результате прогресс в радиационном нормировании наследственных эффектов сводится ныне к различным теоретическим изысканиям, имеющим под собой мало объективной почвы. В табл. 1 представлены коэффициенты радиационного риска раков и наследственных аномалий, рекомендуемые МКРЗ в 1991 г. и при самых последних модификациях (2007 г.).

Можно видеть, что оценка риска раков за 16 лет хоть и снижена, но в относительно малой степени (в 1,1—1,2 раза). Зато оценка риска наследственных аномалий и патологий уменьшилась в 6,5—8 раз. Значения в табл. 1 указывают также на то, что подходить к сугубо расчетным (порой) рискам стохастических эффектов как к биологической реальности следует с осторожностью.

Итак, ни обширное исследование потомков пострадавших в Японии, ни изучение детей тех, кто подвергался радиохимиотерапии, ни попытки выявить радиационно-обусловленные изменения у детей работников ядерпой индустрии не дали достоверных данных по появлению «радиационных мутантов».

В связи с этим для вычисления «удваивающей дозы» у человека первоначально была, как сказано, использована частота мутирования по семи реперным генам у облученных мышей. Удваивающая доза, составляющая с 1972—1977 гг. 1 Гр на поколение, явилась, таким образом, простой экстраполяцией эффектов у мышей на эффекты у человека. Следует отметить, что в 2001 г. методический подход был несколько модифицирован путем использования мутационной модели «человек — мышь». В этой модели за исходный фон бралась частота наследственных заболеваний у человека, а за индуцированный облучением показатель — частота мутаций в генных локусах

Таблица 1. Сравнительные ланмые для котффициентов риска (10 2 Зв 1) для стохастических эффектов облучения при малой мощности дозы (по МКРЗ-ЮЗ)

Облученная

популяция

Раки

Наследственные генетические эффекты

МКРЗ-60 (1991 г.)

МКРЗ-ЮЗ (2007 г.)

МКРЗ-60 (1991 г.)

МКРЗ-ЮЗ (2007 г.)

Вся популяция

6,0

5,5

1,3

0,2

Взрослые

4,8

4.1

0,8

0,1

мышей. Можно видеть, что и модель 2001 г. отнюдь не основана па получении каких-то радиоэпидемиологических данных. К тому же и значение удваивающей дозы осталось практически без изменений (формально в 2001 г. стало 0,82 Гр, но НКДАР предложил оставить во избежание «ненужной точности» прежнюю дозу 1 Гр).

Все это связано с отсутствием реально доказанного учащения хоть каких-то патологических показателей у необлученных детей облученных родителей для людей. Лишь в самые последние годы стали появляться данные о возможности трансгенерационной передачи мутагенеза у человека па субгенном уровне (изменения отдельных экзонов), да и то только в результате длительного радиационного воздействия, в большой накопленной дозе и практически перед зачатием (М.Л. Захарова и др., 2010; В.Г. Безлепкин и др., 2011; семьи работников ядерного ПО «Маяк» прошлых десятилетий).

3. Положения международных организаций об отсутствии зарегистрированных трансгенерационных эффектов облучения у людей

Соответствующие положения самых авторитетных международных организаций, занимающихся медико-биологическими проблемами облучения, полезно привести дословно, поскольку они полностью противоречат рассмотренным выше обыденным представлениям о радиационных мутантах. Необходимо подчеркнуть, что нижепред- ставленное является наиболее авторитетной, можно сказать, канонической информацией подобного рода для всех бумажных и электронных источников, которые можно только себе представить в настоящее время.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >