Роль отечественных ученых в развитии радиобиологии

1. Роль отечественных ученых в развитии радиобиологии

Становление русской  радиобиологической науки связано  с организацией в 1918г в Ленинграде, по предложению М.И. Неменова и содействии Наркомпроса в лице А.В. Луначарского, научного центра «...для всестороннего изучения действия рентгеновых лучей и радия на организм человека, животных и растений и для создания научно-образованных специалистов рентгенологов и радиологов». Этот центр тогда назывался Государственным рентгенологическим, радиологическим и раковым институтом и явился ленинградской школы радиобиологов.

Таким образом, ранние наблюдения хотя и имели фундаментальное  значение, но носили качественный описательный характер; какая-либо теория, объясняющая  механизм действия ионизирующих излучений  на живые объекты, отсутствовала.

Одним из важнейших  открытий того времени было обнаружение  действия ионизирующих излучений на генетический аппарат клетки, сопровождающееся наследственной передачей вновь  приобретенных признаков. Впервые  эти наблюдения были сделаны русскими учеными Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым в 1925 г. в опытах на дрожжах. Работами этих выдающихся ученых было показано, что под влиянием излучения радия и рентгеновых лучей возникают новые микроорганизмы, названные ими радио- и рентгенорасами. Возникающие расы отличались от родоначальной формы как по своему строению и развитию, так и по жизненным свойствам.

К сожалению, это  крупнейшее открытие не получило должной  оценки и лишь после работ американского  ученого Г. Меллера, установившего  мутагенный эффект ионизирующих излучений в экспериментах на дрозофиле, радиационно-генетические исследования стали широко проводиться во всем мире.

За открытие радиационного мутагенеза Г. Меллер был удостоен Нобелевской премии, судьбы выдающихся отечественных пионеров радиационной генетики сложились иначе.

Ученый - самородок  Г.С. Филиппов родился в бедной крестьянской семье в 1898г. С 1922 г. во время учебы  в медицинском институте одновременно работал в лаборатории Г.А. Надсона. Тогда и были выполнены ставшие  известными всему миру работы по получению радиорас, но выполнялись они тяжелобольным человеком в крайне неудовлетворительных бытовых условиях. В 1933 году Г.С. Филиппов погиб от туберкулеза. Вскоре после его смерти последовал арест, а затем и смерть в тюрьме Г.А. Надсона.

Репрессии 30-40-х  годов и длительный период безраздельного царствования в науке лысенковщины надолго приостановили дальнейшее развитие радиационной генетики в Советском  Союзе. И лишь работы выдающегося  русского ученого Н.В. Тимофеева-Ресовского, который избежал ареста, не вернувшись из зарубежной командировки, в значительной степени поддержали отечественный авторитет в этой области.

Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский является одним  из основоположников современной радиационной генетики и теоретической радиобиологии. Его основные исследования в этих областях были выполнены в Отделе генетики Института мозга в Берлин-Бухе, в Лаборатории биофизики Института биологии Уральского филиала АН СССР (Свердловск) и в Отделе общей радиобиологии и радиационной генетики НИИ медицинской радиологии АМН СССР.

Классические  исследования Н.В. Тимофеева-Ресовского по мутагенному действию ионизирующих излучений, проведенные в 30-40-х годах  ХХ столетия, привели к двум крупным  обобщениям: биофизической концепции  мутационного процесса и применению принципов попадания и мишени в радиобиологии. Эти представления сформулированы в классических работах: Н.В.Тимофеев-Ресовский, К.Г. Циммер, М. Дельбрюк «О природе генных мутаций и структуры гена» (1935); Н.В.Тимофеев-Ресовский, К.Г. Циммер «Биофизика. Часть 1. Принцип попадания в биологии» (1947).

Велики заслуги  Н.В. Тимофеева-Ресовского в создании им крупной школы учеников и последователей, с именами которых связаны  успехи и дальнейшее развитие радиобиологии. К их числу относятся Н.В. Лучник, В.И. Иванов, В.И. Корогодин, Л.С. Царапкин, О.В. Малиновский, В.Г. Капульцевич, Н.П.Бочков и ряд других ученых.

Работы Н.В. Лучника  в области радиационной генетики связаны с изучением явления  репарации генетических повреждений.

Значительные  достижения советской радиационной генетики связаны с именами таких крупных ученых как Н.П. Дубинин, Б.Л. Астауров, Н.И. Шапиро.

Центральным вопросом, вокруг которого разгорались дискуссии  на самых первых этапах развития мировой  радиобиологии, оказался вопрос о роли повреждения ядра, цитоплазмы или всей клетки в целом в качестве мишени, определяющей исход радиационного поражения. И если в США и Европе, под влиянием достижений радиационной генетики этот вопрос вскоре решился в пользу определяющего значения ядра и ядерной ДНК, то правильная позиция в Советском Союзе запаздывала из-за господства сторонников лысенковщины, не признававших существования ДНК в качестве материального носителя наследственности.

Однозначные доказательства определяющей роли поражения ядра в клеточной гибели были получены в блестящих экспериментах Б.Л. Астаурова (1948) при получении андрогенетического потомства у тутового шелкопряда.

Затем было уточнено, что существуют два типа радиационной гибели клеток - репродуктивная - в процессе деления и интерфазная (без деления). В обоих случаях решающее значение имеет повреждения ядерного материала: при репродуктивной форме гибели - структурные повреждения ДНК, реализующиеся в виде хромосомных аберраций (Н.П. Дубинин, Н.В. Лучник), а при интерфазной - повреждение хроматина (С.Р. Уманский, К.П. Хансон и др.).

Интенсивное развитие радиоэкологии началось с 50-х годов, когда произошло поступление  большого количества искусственных  радионуклидов в биосферу после  испытаний ядерного оружия. В 50-60-х  годах были развернуты в разных странах крупномасштабные исследования переноса радионуклидов по пищевым цепочкам и накопления их в живых организмах. Тогда же, в 1956 г., советскими учеными А.М. Кузиным и А.А. Передельским и американским экологом Ю. Одумом был введен и сам термин радиоэкология. Результаты радиоэкологических исследований оказали большое влияние на принятие международных договоров о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, под водой и в космическом пространстве. А вскоре перед радиобиологами ряд задач поставили и космические исследования.

При Организации  Объединенных Наций были созданы  специальные комитеты по сбору и  обсуждению всей научной информации о действии ионизирующей радиации на организм человека и о путях противолучевой защиты.

В 1962 г. в Советском Союзе был учрежден специальный Научный Совет АН СССР по проблемам радиобиологии, координировавший фундаментальные исследования, направленные на решение практических задач, в том числе медицинских. Первым председателем Научного Совета был А.В. Лебединский, а с 1964 г. Советом руководил А.М. Кузин.

Создание и  деятельность Научного Совета сыграли  большую роль в развитии отечественной  радиобиологии и объединении  сил, так как к участию в  нем были привлечены ведущие радиобиологи страны, работающие не только в системе АН СССР, но и из других ведомств.

В области радиационной генетики крупные научные обобщения были сделаны в 1961г в монографии Н.П. Дубинина «Проблемы радиационной генетики». Под руководством В.А. Шевченко в эти годы разрабатывались такие важные вопросы генетики популяций как принципы радиационно- генетического нормирования, а также генетических критериев оценки радиационного фактора. Эти работы обобщены в сборниках «Мутагены при действии физических факторов», 1980, и «Радиационный мутагенез и его роль в эволюции и селекции», 1987, а также в монографии В.А. Шевченко и М.Д. Померанцевой «Генетические последствия действия ионизирующих излучений», 1985.

В конце 60-х - начале 70-х годов В.И. Корогодин вместе с К.М. Близником и другими сотрудниками показали, что возникновение радиорас также происходит после облучения у диплоидных клеток. Явление, в основе которого лежит повышенная нестабильность хромосомного аппарата нелетально поврежденных излучением клеток, было названо «каскадным мутагенезом». Результаты исследований В.И. Корогодина содержатся в монографии «Проблемы пострадиационного восстановления», 1966.

И.Б. Бычковской в модельных экспериментах на одноклеточных организмах, было обнаружено «нестохастическое» наследование летальных  эффектов. Этим работам посвящена ее монография «Проблемы отдаленной радиационной гибели клеток», 1986.

Большой вклад  в клеточную радиобиологию был внесен сотрудниками лаборатории радиационной цитологии Института цитологии АМН СССР, организованного В.П. Парибоком в 1959 г. В.П. Парибок первым в СССР организовал изучение процессов репарации ДНК на молекулярном уровне и начал анализ восстановления клетки в целом, сопоставляя клеточные и молекулярные процессы (В.П. Парибок «Пострадиационная репарация», 1970).

Начиная с 1970г. лабораторией радиационной цитологии руководил В.Д. Жестяников, а основными направлениями работ являлись: изучение молекулярных механизмов репарации ДНК после воздействия ионизирующего излучения, УФ-света, химических мутагенов и канцерогенов, включая энзимологию репарации и ее генетический контроль; исследование роли репарации ДНК в восстановлении жизнеспособности клетки и целостности хромосом; исследование роли репарации ДНК в поддержании стабильности генетического материала и в нормальной жизнедеятельности клетки; регуляция процессов репарации ДНК в клетках млекопитающих.

Постановка  и решение многих принципиальных вопросов молекулярной и клеточной  радиобиологии связаны с работами Л.Х. Эйдуса и сотрудников руководимой  им лаборатории Института биологической физики АН СССР.

В области клеточной радиобиологии большое признание получили исследования, проводившиеся в Институте биологии развития АН СССР под руководством Э.Я. Граевского, и продолженные М.М. Константиновой (Э.Я. Граевский «Сульфгидрильные группы и радиочувствительность», 1969).

Широко известны исследования сотрудников лаборатории  Института химической физики во главе  с И.И. Пелевиной, посвященные изучению клеточно-кинетических параметров восстановления от потенциально- летальных поражений, а также механизмов действия электрон-акцепторных сенсибилизаторов гипоксических клеток (И.И. Пелевина, Г.Г. Афанасьев, Г.Г. Готлиб «Клеточные факторы реакции опухолей на облучение и химиотерапевтические воздействия», 1978).

Важные результаты в области радиобиологии стволовых клеток системы кроветворения и кишечника выполнены А.Г. Коноплянниковым с сотрудниками (монография «Радиобиология стволовых клеток», 1984).

Весьма важные исследования выполнены отечественными радиобиологами при выяснении молекулярных и клеточных механизмов, определяющих различия в биологической эффективности излучений с разной величиной линейной передачи энергии (Е.А. Красавин «Проблема ОБЭ и репарация ДНК»).

Работы по молекулярным механизмам репарации ДНК и модификации  клеточной радиочувствительности выполнены А.С. Саенко и В.Г. Петиным. В значительной степени они освещены в монографии В.Г. Петина «Генетический контроль модификаций радиочувствительности», 1987.

В области радиобиологии организма следует упомянуть А.В. Лебединского, М.Н. Ливанова, Ю.Г. Григорьева.

Видным представителем патофизиологического направления советской радиобиологии был академик П.Д. Горизонтов. С именем П.Д. Горизонтова и его учеников связаны три крупных раздела радиобиологических исследований: разработка патогенеза острой лучевой болезни; проблема поражения и восстановления кроветворных тканей; разработка способов профилактики и терапии острой лучевой болезни. Результаты приведены в работах: О.И. Белоусова, П.Д. Горизонтов, М.И. Федотова «Радиация и система крови», 1979; П.Д. Горизонтов, О.И. Белоусова, М.И. Федотова «Стресс и система крови», 1983; работы Г.П. Груздева «Проблема поражения кроветворной ткани при острой лучевой патологии», 1968 и «Острый радиационный костномозговой синдром», 1988.

Огромный фактический  материал по отдаленным последствиям облучения и, прежде всего, радиационному канцерогенезу при воздействии разных видов ионизирующих излучений, включая инкорпорирование радионуклидов, получен в результатах многолетних исследований Ю.И. Москалева и В.Н. Стрельцовой. Ими непосредственно и под их редакцией опубликовано большое количество обзоров и книг, среди которых наибольший интерес, представляет предпринятое авторами обобщение в монографии «Лучевой канцерогенез в проблеме радиационной защиты», 1982.

К числу современных исследователей в области молекулярных в клеточных механизмов радиационного канцерогенеза относится М.М. Виленчик, обобщивший совокупность полученных данных в монографии «Радиобиологические эффекты и окружающая среда», 1983, а также в совместной с А.М. Кузиным работе «Проблема синергизма в радиационном канцерогенезе и возможные пути снижения канцерогенного риска», 1985.

И.Г. Акоевым  и Н.Н. Матлохом была предпринята  попытка описать закономерности формирования предраковых состояний, нашедшая выражение в их монографии «Биофизический анализ предпатологических и предлейкозных состояний», 1984.

Возникновение космической радиобиологии, являющейся одновременно одной из ветвей рожденных второй половиной XX века космической биологии и медицины, произошло в двух крупных центрах - Институте авиационной и космической медицины и Институте биофизики, и связано с именами А.И. Бурназяна, П.П. Саксонова, В.В. Антипова и Ю.Г. Григорьева. Становление этой области знаний в качестве самостоятельной научной дисциплины обязано созданному в 1964 г. Институту медико-биологических проблем и его первому директору - А.В. Лебединскому.