Тақырып. Қоршаған ортадағы мутагендер.

ЛЕКЦИЯЛАРДЫҢ ҚЫСҚАША МАЗМҰНЫ

Оршаған ортаның мутагенді және канцерогендік факторлары» пәні бойынша

(“Молекулалық биология және генетика” кафедрасы, профессор Бигалиев А.Б.)

Тақырып. Қоршаған ортаның экологиялық қауіпті факторлары

Оршаған ортаның тірі организмдердің тұқымқуалау құрылымдарына зақым тигізе алатын физикалық және химиялық факторлармен ластану мәселесінің өршуінің салдарынан олардың генетикалық әсерін зерттеуге деген қызығушылық артып отыр. Осы факторлардың көпшілігі адамның шаруашылық әрекетінің өнімі болып табылады, кейбірі табиғатта кездеседі. Экологиялық қауіпті факторлар экожүйедегі сапалық және сандық өзгерістерге, популяциялардың тіршілікке қабілеттілігі мен адаптациясына, жеке даралардың көбеюі, өсуі, құлқы мен тірі қалуына әсер ететін өзгерістерге әкеледі. Осыған орай қоршаған ортаның антропогенді факторларының потенциалды қауіптілігін іздеу, зерттеу және оған талдау жүргізу ерекше өзектілікке ие болып отыр

Табиғатты ластаушылардың ішінде химиялық ластаушылар ерекше қауіптілік туғызады. Қазіргі кезде Chemical Abstract Services мәліметтер жинағында көпшілігі өмірдің түрлі сфераларында қолданыс тауып жүрген және адам үнемі пайдаланатын 8 млн. әртүрлі химиялық қосылыстар туралы мәлімет жинақталған. Химиялық ластаушылардың барлығы дерлік қоршаған ортаның потенциалды қауіпті факторы болып табылады. Олар тіршіліктің барлық деңгейлеріне жағымсыз әсер ете алады – улы, мутагенді және канцерогенді.

Экологиялық қауіпті факторлардың классификациясы. Экологиялық қауіпті факторлардың (ЭКФ) 5 негізгі тобын ажыратады:

1.Химиялық экологиялық қауіпті факторлар. Олардың ішінде ең кең тарағандарыауыр металдар, диоксиндер мен диоксин тәрізді қосылыстар, ДДТ және басқа пестицидтер; нитрит, нитраттар және нитрозоқосылыстар; асбест және басқа минералды талшықтар; полициклдық ароматтық көмірсулар.

2. Физикалық экологиялық қауіпті факторлар. Ең кең тарағандары радиация и радионуклидтер; радиожиіліктер, микротолқындар и магниттік өрістер; шу, ультракүлгін және температура.

Радиоактивті ластану. Қоршаған ортаның радиациялық және радиоактивті ластануының негізгі көзі болып атом электр станцияларындағы (АЭС) ядролық құрылғылардағы техногенді авариялар болып табылады. Ортаның радиоактивті ластануының басқа көзі – ядролық сынақтар. Ядролық қарудың жарылуының салдарынан жердің ландшафты және жер бедері өзгереді. Ең қауіптісі ауаның радиоактивті ластануы. Әлемдік мұхиттың радиоактивті ластануы да қауіп туғызады. Атомдық су асты қайықтары да қоршаған ортаның радиоактивті ластануының көзі борлып келеді.

Радиожиіліктер, микротолқындар және магнит өрісі. Электромагниттік спектр құрамына электромагниттік өріс (жиілік диапазоны 100 кГц – 300 ГГц), радиожиіліктер (100 кГц – 300 МГц) және микротолқындар (300 МГц-тен 300 ГГц-ке дейін) кіреді. Жиілік облысы келесі диапазонға бөлінеді: жоғарғы жиілік, ұзын, орташа және қысқа толқындар (100 Гц – 30 МГц), ультражоғары жиіліктер (ультрақысқа толқындар – 30-300 МГц) және өте жоғары жиіліктер (микротолқындар – 300 МГц – 300 ГГц). Табиғи жағдайда пайда болған микротолқындық және радиожиіліктік сәлеленудің қарқындылығ ы төмен жәнеол тек атмосфералық электрліктің арқасында болады. Жасанды радиожиіліктік және микротолқындық сәулелену салыстырмалы түрде алғанда кейінгікезде пайда болған экологиялық фактор қатарын жатады. Оның мәні табиғи сәулеленуден бірнеше есе артады.

Шексіз тыбыстың әсері. Серпімді ортадағы (ауа, су және т.б.) бөлшектердің көлденең толқындар түрінде таралатын механикалық тербелісті дыбыс деп атайды. Дыбыстың инфрадыбыс (1-16 Гц), орташа (16-20000 Гц) және жоғары (ультрадыбыс) тербелістерін (20000 Гц-тен жоғары) ажыратады. Дыбыс күшінің шкаласы дыбыстың берілген мөлшерінің естудің табалдырығына логарифмдік қатынасымен есептеледеі және белмен өлшенеді (көп жағдайда децибелмен-дБ). Адам құлағы еститін дыбыс есту табалдырығы мен ауру туғызатын дыбыс аралығы 130 дБ құрайды. Қазіргі кезде шумен ластану қоршаған ортаның ластануының өзекті мәселелерінің біріне айналды. Шудың негізгі көзі – автомобиль көлігі, өнеркәсіп орындары. Шудың ең жоғары мөлшері қала көшелерінде белгіленген. Австриялық зертеушілердің мәліметі бойынша, мөлшерден артық шу өмір ұзақтығын 8-12 жасқа қысқартады

Жарықтың сәулелі факторлары, ультракүлгін. Маңызды абиотикалық факторлардың бірі – жарық режимі. Жарық режимі түрлі организмдердің мекен етуінде маңызды орын алады. Жарықпен ластану табиғи жарық фонының деңгейінің периодты немесе ұзақ уақыт бойы жоғары болуының нәтижесінде болатын қоршаған ортаға деген әсердің физикалық түрі. Ол көп жағдайда жасанды жарықтану көздерін пайдаланудан болады.

Температура және жылу факторлары. Тірі организмдердің қалыпты тіршілік етуін қамтамасыз ететін абиотикалық факторларының бірі – қоршаған ортаның температурасы. Температураның фотосинтез, зат алмасу, қозғалу белсенділігі, кобеюге деген әсері жақсы байқалады. Отынды жағудан пайда болатын, тікелей мақсатымен пайдаланылмайтын және ауа мен суға түсетін жылуды жылумен ластану деп атайды. Қоршаған орта температурасының айтарлықтай емес жоғарылауы жұмыртқалардың және уылдырықтың ерте жетілуіне бірақ тағамның жетіспеушілігінің салдарынан өлімнің көбеюіне әкелетіні белгілі. Жылумен ластану экожүйенің қарапайымдалуына жәнебиоалуантүрліліктің төмендеуіне әкеледі.

3. Биологиялық қауіпті факторлар. Биологиялық ЭҚФ көзі болып тірі организмдер мен олардың өнімдері болып табылады. Биологиялық ластану деп табиғи экожүйеге оның қауымдастығына тән емес тірі организмдерді антропогендік шаруашылықтың нәтижесінде енгізу және биогендерді олардың оған дейін кездепеген территория мен/немес акваторияларда таратуды түсінеді.

4. Механикалық қауіпті факторлар. Ластаушылардың бұл түріне қатты тұрмыстық және улы қалдықтарды, сонымен қатар ғарыштық “қоқысты” жатқызады. Қатты, сұйық және гаөтәрізді қалдықтарды тұрмыстық, ауылшаруашылық, құрылыстық, өндірістік тұтынушылық және өнеркәсіптік болып бөлінеді. Бұл механикалық фактордың экологиялық зардаптарына тек қана оба немесе холера сияқты ауруларды туғызуға жағдай туғызумен қоса, екіншілік ластаушыларға айналу болып табылады. Қауіпті улы және геноулы қосылыстар шығуы және жер асты суларды ластауы мүмкін. Өңделмеген қалдықтар арқылы өте отырып, су құрамында шіріп жатқан органикалық қосылыстары, түрлі бояғыштар, детергенттер, ауыр металдар бар улы фильтрат түзеді. Тікелей ішетін су арқылы немесе қоректік тізбек арқылы олар адам организміне түсіп, түрлі ауруларға әкеле алады. Механикалық экологиялық қауіпті факторлардың тағы бір түрі – биогаздың түзілуі.

5. Кешенді экологиялық қауіпті факторлар. Кешенді экологиялық қауіпті факторлар көпжақты әсер етуімен ерекшеленеді. Түрлі ластаушылар қоршағанортада жекелей емес кешенді түрде әсер ететіндігі белгілі. Сондықтан олардың синергетикалық немесе тіпті аддитивтік қасиеттері байқалады. Оларға мысал: мыңдаған көлдер мен ормандағы тіршілікті жойған қышқыл жаңбырлар; шөлденуге әкелетін жылыжайлық әсер; ультракүлгін сәуленің мөлшерін көбейтетін және тіршілікке өте қауіпті озон қабатының жұқаруы.

тақырып. Қоршаған ортадағы мутагендер.

Мутагендер — тірі организмнің тұқым қуалау қасиеттерін (генотип) өзгертетін физикалық және химиялық факторлар. Мутагендер физикалық (рентген және гамма-сәулелер, радионуклидтер, протондар, нейтрондар т.б.), физико-химиялық (асбест), химиялық (пестицидтер, минералдық тыңайтқыштар, ауыр металдар), биологиялық (кейбір вирустар мен бактериялар). Өзінің тарихы нәтижесінде адамзат генетикалық салдары бар аурулардан көрініс табатын генетикалық жүк жинақтады. Қазіргі және келешек адамдардың ұрпақтарының денсаулығы өткен адамзаттың жинақтаған генетикалық жүгіне байланысты.

Қазіргі кезде 2 мыңға жуық геномның локустарының тек бір бөлігін қамтитын генетикалық дефектілер белгілі. Бір ұрпақта 1 гендік мутациядан (геномда) артық пайда болмайды деп саналса, олардың жиілігі (ұрпақ бойы бір локус үшін) жалпы алғанда аз және популяцияға айтарлықтай заөым келтірмейді. Сонымен қоса, мутациялардың орташа алғанда төрттен бірі табиғи радиация салдарынан болады. Организмде кішігірім биохимиялық аномалия туғызатын гендік мутациялар жиірек болады. Қоршаған ортаның мутагендермен ластануының гендік зардабы жаңадан пайда болған мутациялар эволюциялық тұрғыдан “өңделмеген”, сондықтан кез-келген организмнің тіршілік қабілетіне кері әсер етеді. Егер жыныс клеткаларының зақымдалуы мутантты гендері бар организмдер санын арттырса, соматикалық клеткалардың мутациялары ісік ауруына шалдыққан клеткалардың санын арттырады. Адам популяциясының өсіп отырған биосфераның мутагенді факторлармен ластануына адаптациясы мүмкін емес. Ірі хромосомалық бұзылуларға қарағанда, ұрпақ бойы жинақталуға қабілеті бар нүктелік мутациялар популяцияда қиындықпен табылады. Осындай мутацияларды табу келешек ұрпақтағы генетикалық жүктің айқындалуына жауапты болғандықтан маңызды болып табылады. Ең алдымен түрлі ластаушыларды сезімтал биологиялық тест-жүйелерде бағалау қажет, егер олардың адамға деген зардабы дәлелденсе, оларға қарсы күрес шараларын қолға алу қажет.

Скринигтеу міндеттері қалыптасуда – ластаушы мутагендерді табу және олардың қоршаған ортаға түсуін қадағалайтын заң қалыптастыру үшін себу. Осылайша, ластанудың генетикалық зардаптарының екі міндеті бар: ортаның түрлі факторларын мутагендік қасиетке зерттеу және популяцияға мониторинг жасау.

Хромосоманың біртұтастығының сақталуы олардың қалыпты қызмет етуінің негізі болып табылады. ДНК құрылымындағы кезкелген өзгерістер қате транскрипцияға әкелуі мүмкін. Ал оның үзілуі клетканың өліміне әкелуі мүмкін. Түрлі сыртқы орта әсерлері әртүрлі хромосомдық бұзылуларға әкелуі мүмкін. Хромосомалық бұзылулар көптұрлі болуы мүмкін: нуклеотидтік өзгерістерден ірі құрылымдық өзгерістерге дейін.

Радиациялық мутагенез. Хромосомалық бұзылуларға әкелетінәсерлердің ішінде бірінші орында радиация (рентген сәулелері, γ-сәулелер, ультракүлгін сәулелер). Алайда олар химиялық қосылыстардың әсерінен де жоғары жиілікпен түзіледі.

Химиялық мутагенез. Химиялық мутагенез салыстырмалы түрде улы емес заттардың мутацияларды тудыра алатыны белгіліболған соң ХХ ғасырдың 60 жж бастап зерттеушілердің көңілін аударта бастады. Улы емес және онша улы емес қосылыстардың мутагендік қасиеттері кешігіп, яғни генетикалық бұзылулар түзілген соң көрінетіндігі белгілі болды. Қоршаған ортаны ластаушылардың ішінде ауылшаруышылығында кең таралғанпестицидтер жатады. Көптеген зерттеулер адамның қолданып жүрген пестицидтерінің көбісі улы, тератогенді және мутагенді әсері, химиялық және биологиялық ыдырауға тұрақты екендігін көрсетті. Тірі организмдерге полициклді ароматты көмірсулар (ПАК) да қауіпті екендігін көрсетті. Шикі мұнайда олар көп мөлшерде кездесетіндіктен, шикі мұнайды өндіру мен тасымалдау кезінде қоршаған ортаның ластануы өзекті мәселе. Көптеген организмдер ПАК аккумуляциялай алатындықтан, олармен тағам өнімдерінің ластануы әбден мүмкін. Тағам өнімдері арқылы олар адам организміне түсуі мүмкін. Кейбір зерттеушілер ПАК-тың кацерогендік және мутагендік әсерін көрсеткен. ҚО-ның кең тараған ластаушыларына ауыр металдар жатады. өнеркәсіптің басқа қалдықтарына қарағанда ауыр металдармен ластану ең кең тараған ластаушы зат болып табылады. ҚО-ны ластаушылардың ішінде азотқосылыстары да аса қауіпті: азот тотықтары, нитраттар, нитриттер, нитрозаминдер. Олардың мутагендік, канцерогендік қасиеттері түрлі тест-жүйелердекөрсетілген. Қоршаған ортада кең тараған ластаушылардың бірі-азот қышқылының тұзы (нитраттар). Олар биохимиялық реакциялардың әсерінен нитриттерге айналады, екіншілік аминдермен әсерлесе отырып, нитрозаминдер береді. Соңғы кездері қоршаған ортаның ғарыш отынымен ластануы орын алуда.

Биологиялық табиғаты бар мутагендер. Физикалық және химиялық мутагендерден басқа ҚО-да биологиялық мутагендер де кездеседі. Вирустардың клетканы жұқтырған кезінде гендер мен хромосомаларға әсері бұрыннан бері белгілі болғанымен де мутагендердің ішінде бұл түр ең аз зерттелген. Хромосомалық аберрацияларды вирустар, мысалы, желік, қызылша, эпидемиялық паротит туғызатын вирустар туғызуы мүмкін.