Генетична інформація, її реплікація, транскрипція і трансляція. Генотоксичний вплив наноматеріалів

 

3.2. Дослідження  генотоксичності наноматеріалів

Генотоксичні властивості НМ вивчені в декількох дослідженнях in vitro. ДНК-ушкодження виявлені методом Comet при оцінці дії наночастинок кобальт-хромового сплаву на культивовані фібропласти людини; ультратонких (менш 100 нм у діаметрі) TiО₂-наночастинок на лімфобласти людини; покритих церієм TiО₂-наночастинок, активованих видимим світлом, на клітини гепатоми людини; TiО₂-наночастинок розміром 10-20 нм без фотоактивації на бронхіальні эпітелноцити людини. Наночастинки реальгару підвищували ДНК-фрагментацію й апоптоз у клітинах U937. Наночастинки читосану (65 нм) у концентраціях 25-100 мкг/л індукували ДНК-фрагментацію й апоптоз у клітках карциноми шлунку людину.

У той же час, генератори рентгенівських променів нового типу, у яких використовуються вуглецеві  нанотрубки, виявилися однаковими по ефективності індукції ДНК-ушкоджень (подвійних розмірів) у клітинах лімфоми мишей in vitro, у порівнянні з генераторами терміонного типу, що застосовувалися раніше. Люміносцентні кремнієві наночастинки не викликали модифікацію основ ДНК, розривів ДНК, підвищену репараційну активність клітин в культурі при концентрації менш 100 мкг/л.

Підвищення рівня хромосомних  аберацій показано в дослідах за оцінкою дії наночасток оксиду цинку (середній розмір - 100 нм). Цей інгредієнт широко використовується в дерматологічних препаратах і засобах УФ-захисту. Препарат індукував хромосомні аберації при обробці культури клітин китайського хом'ячка CHO в трьох варіантах: в темряві, в умовах попередньої обробки УФ-світлом з наступною дією оксиду цинку і при одночасній дії оксиду цинку і УФ-опроміненням. У двох останніх варіантах досліду значущий ефект виявлений при нижчих концентраціях оксиду цинку. Негативний ефект отриманий у досліді по аналізу хромосомної аберації в культурі клітин  китайського хом'ячка CHO при дії ультратонких частинок TiO₂.

Утворення мікроядер  відмічено в дослідженнях in vitro при дії наночастинок діоксиду титану: покритих церієм TiO₂ - наночастинок, що активуються видимим світлом на клітини гепатоми людини; TiO₂ -наночастинок розміром 10-20 нм на бронхіальних епітеліопітах людини без фотоактивації; ультратонких часток TiO₂ (< 100 нм в діаметрі) на лімфобласти людини в культурі.

Анеуплоїдія визначена  при вивченні дії наночастинок кобальт-хромового сплаву на клітини культури фібробластів людини.

Ультратонкі частинки діоксиду титану виклили 2,5-кратне підвищення частоти HPRT -мутацій при дії на культуру лімфобластів людини.

Нині практично відсутні дані за оцінкою генотоксичної дії НМ in vivo. У одному з дослідів вуглецеві нанотрубки при інтратрахеальній інстиляції викликали ушкодження мітохондріальної ДНК в клітинах аорти трансгенних Арое (-/ -) мишей на 7, 28 і 60 день экпозиції. Вважають, що з цим пов'язане виявлене розширення зони атеросклеротичних бляшок в аорті. Слід звернути увага на прояв ефекту в системі кровообігу при інтратрахеальному введенні препарату, що мабуть, пов'язано з транслокацією цих часток і прямою дією, що викликає серцево-судинну дисфункцію.

На думку ряду авторів, генотоксична активність НМ визначається їх здатністю індукувати активні радикали кисню і азоту, що пошкоджують ДНК, а також високою проникністю і прямою дією на внутрішньоклітинні структури, в тому числі на пітоскелет і хроматин.

Порівняння генотоксичного ефекту нано- і мікрочастинок одних і тих же з'єднань показує, що перші мають більшу активністю.

Ще однією важливою особливістю НМ, яку слід враховувати при оцінці генотоксичної дії, являється їх проникнення і, в ряду випадків, акумуляція в різні органи: легені, судини, лімфатичну тканину, кістковой мозок, печінку, нирки.

Аналіз представлених досліджень показує, що генотоксична активність НМ майже невивчена. Приведені дані отримані на обмеженій кількості НМ і, в основному, в дослідах in vitro. З іншого боку, навіть це невелике число робіт вказує на здатність НМ індукувати ДНК-ушкодження, хромосомні аберації, мікроядра, анеуплодію. Нещодавно виявлені наслідки генотоксичної дії НМ : ультратонкі частинки діоксиду титану (< 100 на в діаметрі), викликали фіброз і рак легені у щурів.

 

Висновок

Таким чином, є підстави побоюватися генотоксичної дії НМ на організм людини і важких наслідків цього, в першу чергу канцерогенного ефекту. Можна припускати, НМ будуть активніші при дії на генетичний апарат клітин в порівнянні з мікрочастинками. Отже, насущною необхідністю є створення системи оцінки генетичної безпеки НМ, основою якої може бути загальноприйнятий підхід до оцінки мутагенних властивостей хімічних з'єднань, найбільш детальніше розроблений для лікарських препаратів. Система має бути доповнена тестами in vivo для аналізу органної специфічності генотоксичної дії НМ. Нині важливо почати комплексну оцінку генетичної безпеці НМ різного типу.

 

Список використаної літератури

1. Мецлер Д. Биохимия. Том 3 / Пер. с англ. Браунштейна А.Е.,         Гинодмана Л.М, Северина Е.С. – М.: Мир, 1980. – 488 с.
2. Ленинджер А. Основы биохимии. Том 3/ Пер. с англ. Горбулева В.Г., Гроздовой М.Д., Преображенского С.Н. – М.: Мир, 1985. – 1056 с.
3. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелнна Е.А. Коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 2004. – 445с.
4. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И. Основы биохимии. Том3 / Пер. с англ. Скулачева В.П., Гинодмана Л.М., Марченко Т.В. – М.: Мир, 1981. – 534 с.
5. Глушкова А.В., Родилов А.С., Рембовский В.Р. Нанотехнологии и нанотоксикология – взгляд на проблему / Токсикологический вестник. – 2007. №6. – с.4-8
6. Алексеева О. Новая дисциплина – нанотоксикология / Экспресс-бюллетень «Перст».- 2007. – вып. 19.
7. Дурнев А.Д. Токсикология наночастиц / Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2008. Т.1456. - №1. –      с.78-80.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток А

 

 

Амінокислота	Кодон	Загальна к-ть кодонів
Аланін	GCX	4
Аргінін	CGX, AGA, AGG	6
Аспарагін	AAU, ACC	2
Аспаранінова  кислота	GAU, GAC	2
Цістеїн	UGU, UGC	2
Глутамінова кислота	GAA, GAG	2
Глутамін	CAA, CAG	2
Гліцин	GGX	4
Гістидін	CAU, CAG	2
Ізолейцин	AUU, AUC,AUA	3
Лейцин	UUA, UUG, CUX	6
Лізин	AAA, AUG	2
Метіонін (AUG являється  також кодоном ініціації	AUG	1
Фенілаланін	UUU, UUC	2
Пролін	CCX	4
Серін	UCX, AGU, AGC	6
Треонін	ACX	4
Тріптофан	UGG	1
Тірозін	UAU, UAC	2
Валін (GUG інколи являється кодоном ініціації)	GUX	4
Термінація	UAA (ochre)	3
	UAG (amber)
	UGA
Загальна кількість		64

 

 

Таблиця А.1. Генетичний код

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5'-OH-кінцева  основа	Основа в  середній частині				3'-OH-кінцева  основа
	U(T)	C	A	G
U(T)	Phe	Ser	Tyr	Сys	U(T)
	Phe	Ser	Tyr	Cys	C
	Leu	Ser	Термінуючій кодон	Термінуючій кодон	A
	Leu	Ser	Термінуючій кодон	Trp	G
C	Leu	Pro	His	Arg	U(T)
	Leu	Pro	His	Arg	C
	Leu	Pro	Gln	Arg	A
	Leu	Pro	Gln	Arg	G
A	Ile	Thr	Asn	Ser	U(T)
	Ile	Thr	Asn	Ser	C
	Ile	Thr	Lys	Arg	A
	Met(*)	Thr	Lys	Arg	G
G	Val	Ala	Asp	Gly	U(T)
	Val	Ala	Asp	Gly	C
	Val	Ala	Glu	Gly	A
	Val(*)	Ala	Glu	Gly	G

 

Таблиця А.2. Шістдесят чотири кодона генетичного коду

(*) Кодони ініціації

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток Б