Геном и влияние радиации

Геном как совокупность генов

По результатам исследований было выявлено около 28000 генов в геноме человека.

Ген это наследственный фактор, который несет информацию об определенном признаке или функции организма, он является структурной и функциональной единицей наследственности.

После открытия нуклеиновых кислот в качестве носителя наследственной информации определение гена изменилось и его стали определять, как участок ДНК.

Совокупность генов организма составляет генотип, а вместе с факторами окружающей среды это определено как фенотип.

Функции и свойства генов

Ген это наследственный фактор, который несет информацию об определенном признаке или функции организма. Различают несколько видов генов:

• структурные гены это те, которые кодируют информацию о первичной структуре белка;
• функциональные гены это те, которые контролируют и направляют деятельность структурных генов;

К свойствам гена относят такие, как:

• стабильность это способность сохранять структуру;
• дискретность это несмешиваемость генов;
• лабильность это способность многократно мутировать;
• аллельность это наличие в генотипе диплоидных организмов только две формы гена;
• множественный аллелизм это наличие генов в популяции во множестве молекулярных форм;
• специфичность это когда каждый ген кодирует свой признак;
• экспрессивность это степень выраженности гена в признаке;
• плейотропия это множественный эффект гена;
• пенетрантность это частота проявления гена в фенотипе;
• амплификация это увеличение количества копий гена;

Детальное изучение человеческого генома открывает новые пути к успехам в медицине и биотехнологий.

Несколько мировых компаний начали предлагать простые способы проведения генетических тестов, которые могут показать предрасположенность к различным заболеваниям, включая заболевания печени, рак молочной железы, нарушениях свертываемости крови и многие другие.

Также ожидается, что информация о геноме человека поможет поиску причин болезни Альцгеймера.

Исследования генома человека открывают перспективы для методов секвенирования нового поколения. Это позволяет проводить секвенирование большого количества геномов человека (1000 геномов).

Как радиация действует на человека?

Зарождение жизни на Земле и её последующая эволюция протекали в условиях постоянного воздействия радиации. Радиация является постоянным спутником жизни человека.

Мы живем в мире, где радиация присутствует повсюду. Свет и тепло ядерных реакций на Солнце являются необходимыми условиями нашего существования. Радиоактивные вещества естественного происхождения присутствуют в окружающей среде. Наше тело содержит радиоактивные изотопы 40K, 210Po, 14C.

Рентгеновские лучи и радиоактивные изотопы используются в медицинских исследованиях. Явление радиоактивности широко используется в технике, медицине, промышленности, науке.

Но радиация есть потенциально опасным источником для живых организмов

В больших объёмах искусственные радионуклиды образуются как побочный продукт на предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую среду радионуклиды оказывают негативное воздействие на живые организмы.

Для правильной оценки радиационной опасности необходимо чёткое представление о масштабах загрязнения окружающей среды, о реальных механизмах действия радиации, последствиях и существующих мерах защиты.

В реакции организма на облучение можно выделить четыре фазы. Длительность первых трёх быстрых фаз не превышает единиц микросекунд, в течение которых происходят различные молекулярные изменения. В четвёртой медленной фазе эти изменения переходят в функциональные и структурные нарушения в клетках, органах и организме в целом:

• Первая (физическая фаза) ионизации и возбуждения атомов длится 10_–_13 с.
• Вторая (химико-физическая) фаза, которая протекает 10–10 с. При этой фазе образуются высокоактивные радикалы. Они взаимодействуя с различными соединениями и дают начало вторичным радикалам.
• Третья (химическая) фаза длится 10_–_6 с. В этой фазе образовавшиеся радикалы вступают в реакции с органическими молекулами клеток. Это приводит к изменению биологических свойств молекул. В следующей за ними фазе происходит дальнейшее развитие лучевого поражения.
• Четвёртая (биологическая) фаза, когда химические изменения молекул преобразуются в клеточные изменения. Наиболее чувствительным к облучению является ядро клетки и наибольшие последствия вызывает повреждение ДНК, содержащей наследственную информацию.

В результате облучения (зависимости от величины поглощенной дозы) клетка гибнет или становится неполноценной в функциональном отношении.

Время протекания четвёртой фазы очень различно и в зависимости от условий может растянуться на годы или даже на всю жизнь.

Виды излучения:

• Бета-излучение, которое обладает большей проникающей способностью. Пробег бета-частиц в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани нескольких сантиметров.
• Гамма-излучение, которое имеет еще более высокую проникающую способность. Внешнее альфа- и бета-излучение поглощается как правило в одежде или коже и представляет в основном опасность при попадании радионуклидов внутрь организма. А при внешнем гамма-облучении его воздействию подвергается весь организм.
• Нейтроны, когда биологический эффект происходит от действия тепловых нейтронов.Основной эффект воздействия на биологическую ткань происходит под действием протонов. Для медленных нейтронов большая часть энергии расходуется на возбуждение и расщепление молекул ткани.

Дальнейшее выделение энергии происходит в результате ионизации среды протонами.

Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся на две категории

• Соматические (телесные) это эффекты, возникающие в организме человека, который подвергался облучению. Это возникновение лучевой болезни, лейкозы, локальные лучевые поражения, опухоли разных органов.
• Генетические это эффекты, связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в последующих поколениях. Это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению. И это проявляется генными мутациями, хромосомными аберрациями.

Последствия после Чернобыльской катастрофы

Меры радиационной защиты персонала и населения регламентируются нормами радиационной безопасности и основными санитарными правилами.

Эти меры защиты направлены на ограничение облучения дозой ниже порога возникновения этих эффектов (нормирование годовой дозы).

В случаях аварийных ситуаций принимаются дополнительные меры защиты, обеспечивающие снижение дозы облучения населения загрязненной территории и включающие:

• отселение жителей (временное или постоянное);
• отчуждение загрязненной территории или ограничение проживания и функционирования населения на этой территории;

Наибольшей радиочувствительностью у человека обладают половые клетки (сперматозоиды и яйцеклетки) и белые кровяные тельца (лейкоциты).

Очень чувствительны к действию радиации органы кроветворения (костный мозг, селезенка и лимфатические узлы). Костная и мышечная ткани являются наименее чувствительными к действию ионизирующей радиации.

Воздействие радиации на человека определяется как облучение. Основным воздействием есть передача энергии радиации клеткам организма. Облучение может вызвать нарушения обмена веществ, инфекционные осложнения, лейкоз и злокачественные опухоли, лучевой ожог, бесплодие, лучевую катаракту, лучевую болезнь.

Лучевая болезнь

Лучевая болезнь это поражение желудочно-кишечного тракта и кроветворения. И это самое распространенное последствие сильного радиоактивного облучения.

Симптомы

Симптомы появляются поочередно. В первые часы после облучения возникает первичная реакция: тошнота, потеря аппетита, слабость, апатия, бессонница, головная боль и головокружение.

• Первые симптомы могут продолжаться от часа до двух суток.
• Второй этап проявления болезни это псевдо-выздоровление. И у облученного самочувствие улучшается, но проявляются неврологические симптомы и изменения в клетках крови.
• Третий этап болезни характеризуется слабостью, кровоизлияниями, высокой температурой, функциональными и органическими изменениями.

Также могут развиваться инфекционные осложнения. Если в организм попала небольшая доза радиации, то с применением активной терапии наступает полное выздоровление.

А более высокие дозы нередко приводят к гибели пациента. Самым эффективным способом терапии лучевой болезни является пересадка здорового костного мозга. С помощью этого в организме реципиента приживляется здоровый костный мозг и в дальнейшем его клетки размножаются.

А вторая категория это случайные (стохастические) эффекты. Это эффекты излучения, которые не имеют дозового порога возникновения, то есть с увеличением дозы повышается вероятность появления последствий облучения.

К стохастическим эффектам относятся: уродства, опухоли, генетические мутации. Рак молочной и щитовидной железы — виды рака, которые чаще всего возникают под действием радиации. Мировая практика и статистика ООН показывают, что только у одного из тысячи больных раком щитовидной железы наблюдается летальный исход.

Какая доза радиации опасна для человека?

Единица измерения это Зиверт (Зв). Средняя суточная доза составляет 5-6 мкЗв (микрозиверт). 1 зиверт это пороговая доза острого лучевого синдром, 4 зиверт это доза, которая может убить человека, 8 зиверт – абсолютно летальная для человека доза.

Дети и внуки тех, кто получил облучение

Онкологические и наследственные последствия облучения имеют вероятностный характер.

Эти эффекты являются отдаленными последствиями облучения так как могут проявляться через 10-20 лет после воздействия на организм ионизирующего излучения.

Злокачественные заболевания (рак, лейкоз) не являются специфичными именно для радиационного облучения, а лишь провоцирует их развитие.

Если излучение вызывает повреждения в половой клетке, то существует риск возникновения патологий у потомства. Последствия облучения сильнее сказываются на делящихся клетках, и поэтому для детей облучение гораздо опаснее, чем для взрослых.

Воздействие разнообразных факторов окружающей среды, включая радиацию и ряд химических соединений, приводит к увеличению частоты мутаций. В 1927 году американский генетик (лауреат Нобелевской премии) Генрих Меллер впервые показал, что облучение рентгеновскими лучами приводит к существенному увеличению частоты мутаций у дрозофилы.

И эта работа положила начало новому направлению в биологии это радиационная генетика. Благодаря работам мы теперь знаем, что при попадании элементарных частиц (γ-кванты, электроны, протоны и нейтроны) в ядро происходит ионизация молекул воды. И это в свою очередь, нарушают химическую структуру ДНК. В этих местах происходят разрывы ДНК. И это приводит к возникновению дополнительных, индуцированных радиацией мутаций.

Широкомасштабное изучение генетических последствий воздействия радиации на человека было проведено американскими и японскими исследователями в Хиросиме и Нагасаки.

Также изучения влияния радиации на человека было продолжено после Чернобыльской катастрофы.

Были собраны образцы крови от семей, проживающих на территории Могилевской области, которая была сильно загрязнена радиоактивными изотопами в результате Чернобыльской катастрофы. Изучили 127 детей, рожденных в этом регионе после Чернобыля и показали, что частота мутаций у них в два раза выше таковой у потомков необлученных родителей. Иными словами, в результате этой работы были получены первые доказательства тому, что радиация способна изменять частоту мутаций у человека.

Увеличение частоты мутаций среди исследованных (произошедшее после Чернобыля), свидетельствует о том, что радиация уже привела к генетическим изменениям среди потомков облученных родителей. Иными словами, процесс пошел и, судя по всему, он затронул несколько поколений.

Необходимо всегда учитывать, какой риск облучения существует на человека, если работа связана с разными видами облучения.

В случае серьезных радиационных аварий разработана экстренная защита населения в виде ограничения потребления пищевых продуктов, йодной профилактики. А также временного укрытия или эвакуации для людей.

Что важно помнить? Радиация и 2022 год

Если выбираешь работу, то ознакомься с профвредностью. Для человека на любом предприятии, где есть виды облучения, должны предоставить договор о профвредности. Изучите все риски для здоровья и репродуктивного здоровье. Может выбрать другую работу.

Если выбираешь город для жизни, то учитывай количество заводов и действие на экологию. Чем хуже радиационный фон для всего живого, воды, растений, тем для здоровья человека хуже.

Если планируешь быть родителем, то забота о своем здоровье это важно. Риск родить больного ребенка увеличивается при действии на мужчину и женщину любого облучения, а также проживание в неблагополучной зоне.

Рекомендована консультация генетика при планировании беременности:

• если партнеры проживали длительное время на экологически неблагоприятных территориях (где есть радиоактивный фон, загрязненная почва и вода)
• один или оба работали на вредных предприятиях (химические и металлургические предприятия, шахты, лаборатории);

Подписывайтесь на электронную рассылку нашего сайта, чтобы всегда быть в курсе новостей.