книги из ГПНТБ / Дертингер Г. Молекулярная радиобиология. Действие ионизирующих излучений на элементарные биологические объекты

Г. ДЕРТИНГЕР, X. ЮНГ

МОЛЕКУЛЯРНАЯ

РАДИОБИОЛОГИЯ

Д Е Й С Т В И Е И О Н И З И Р У Ю Щ И Х И З Л У Ч Е Н И Й Н А Э Л Е М Е Н Т А Р Н Ы Е Б И О Л О Г И Ч Е С К И Е О Б Ъ Е К Т Ы

П Е Р Е В О Д С А Н Г Л И Й С К О Г О П О Д Р Е Д А К Ц И Е Й В. Д. Ж Е С Т Я Н И К О В А

М О С К В А А Т О М И З Д А Т 1973

П Р Е Д И С Л О В И Е К Р У С С К О М У И З Д А Н И Ю

и Юнга систематически изложены основы биологического дей­

советскими исследователями). С момента выхода на русском языке последнего руководства «Основы радиационной биоло­ гии» [2] в радиобиологии накоплены данные, значительно рас­ ширяющие знания о действии излучений на биологические си­ стемы (см. также [7—9]), появились новые разделы, в част­ ности главы о стохастичности действия излучений и о молеку­ лярных механизмах репарации ДНК-

Как известно, в радиобиологии важное место занимают ис­

принципу попадания, начальный физический пусковой меха­ низм, необходимый для возникновения конечной биологической реакции, обусловлен случайным взаимодействием ионизирую­ щего излучения с веществом. В силу этого каждая, например, клетка получает неодинаковое число попаданий. С принципом попадания тесно связана теория мишени, основанная на гетеро­ генности строения живых систем, поражение излучением кото­

3

значение). Применение принципа попадания и теории мишени весьма ограничено и позволяет количественно интерпретиро­ вать зависимость эффекта от дозы лишь для элементарных или

падания в мишень. Она зависит также от ряда свойств самой биологической системы (например, от способности устранять

в свою очередь усиливается действием излучения. Отсюда оче­

Представления о роли стохастичности в конечном эффекте излучений введены в радиобиологию Хугом и Келлерером [5] и рассматриваются как альтернатива принципу попадания. Однако едва ли можно отрицать, что вероятность попадания, существенная для конечной реакции системы на облучение, во всех случаях является постоянной. По-видимому, количествен­ ная характеристика ответной реакции найдет наилучшее объ­ яснение, исходя из обеих концепций.

Вместе с тем совершенно очевидно, что моделирование за­ висимости 'ответной реакции живой системы от дозы излучения не является самоцелью, поскольку оно не говорит о конкретных физико-химических молекулярных изменениях, вызванных об­ лучением в данной системе. Последнее можно выявить только экспериментальным путем. Книга Дертингера и Юнга прекрас­ но иллюстрирует значимость и соотношение моделирования и эксперимента в радиобиологии. В этом — одно из ее главных достоинств.

Крупнейшим достижением радиобиологии в середине 60-х годов явилось открытие молекулярных механизмов репарации ДНК и репарационных ферментов. В настоящее время извест­ ны три механизма восстановления: фотореактивация, репара­ ция по способу выщепления—замещения и пострепликативная репарация.

Первые два способа восстановления ДНК детально рассмот­ рены в книге Дертингера и Юнга. В последние, годы в этой быстро развивающейся главе молекулярной радиобиологии по­ лучены новые факты, которые читатель найдет в недавно опуб­ ликованных обзорах [10, 11]. В дополнение к тому, что в пред­ лагаемой книге сказано относительно механизма темповой ре­ парации Д Н К по способу выщепления — замещения, следует подчеркнуть его неспецифичность. С помощью этого механиз-

4

•ма в клетке репарируются повреждения, вызванные не только УФ, но и ионизирующими излучениями, а также азотистым и серным ипритами, митомицином С, азотистой кислотой, гидроксиламином, метилметансульфонатом, метилнитронитрозогуанидииом, ацетиламинофлуореном и др., о чем лишь вскользь упоминается в книге Дертингера и Юнга. Следовательно, меха­ низм выщепления — замещения играет весьма существенную роль в резистентности клетки не только к излучениям, но и к многим повреждающим агентам.

Авторы книги не рассматривают пока менее изученный механизм пострепликативной репарации. Этот способ репара­ ции сводится к пострепликативному восстановлению молеку­ лярного веса ДНК, синтезирующейся в УФ-облученной клетке,

Наконец, необходимо отметить, что механизмы репарации ДНК являются также механизмами поддержания стабильности генетического материала в процессе нормальной жизнедея­ тельности клетки (подробнее об этом см. работу [3]). Обсуж­ дение этих проблем, тесно связанных с молекулярной радио­ биологией, по-видимому, должно быть отнесено, хотя и не без сожаления, к молекулярной генетике и радиационной цитоло­ гии и, следовательно, выходит за рамки, которыми ограничили себя Дертингер и Юнг.

Несомненно, предлагаемая книга заинтересует широкий круг читателей, она будет полезна биологам многих специаль­ ностей и небиологам, интересующимся проблемами молекуляр­ ной биологии. Эта книга, хотя и не может рассматриваться как учебник в общепринятом смысле, послужит хорошим пособием по радиобиологии для студентов, аспирантов и научных ра­ ботников.

В. Д. Жестяников

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Ли Д . Е. Действие радиации на живые клетки. Пер. с англ. Под ред.

Н. П. Дубинина, Н. И. Шапиро. М., Госатомиздат, 1963.

2.Основы радиационной биологии. Под ред. А. М. Кузина, Н. И. Шапиро. М., «Наука*, 1964.

3.Пострадиационная репарация. Под ред. В. П. Парибока. М., Атомиздат, 1970.

5

И З П Р Е Д И С Л О В И Я К А Н Г Л И Й С К О М У И З Д А Н И Ю

Вряд ли можно сомневаться в том, что излучения будут играть немаловажную роль в нашей жизни. Успехи атомной техники, как настоящие, так и грядущие, настоятельно тре­ буют развития исследований в области радиобиологии при ус­ ловии, что при минимальном риске мы извлечем максимум пользы из различных видов излучений, дающих основные по­ бочные продукты ядерных процессов. Отсюда вытекает необхо­ димость подготовить для этой работы студентов и молодых ученых.

Предлагаемая вниманию читателя книга — обобщение педа­ гогического опыта, накопленного при чтении лекций, ведении семинаров и специальных коллоквиумов, организованных авто­ ром этих строк в 1957 г., в руководстве которыми позже приня­ ли участие д-р Дертингер и д-р Юнг.

Разделяя не раз подтвержденное общеизвестными фактами мнение о том, что большая часть (если не все) важнейших практических достижений есть плод упорного и кропотливого изучения основополагающих проблем, мы задались целью в этой книге познакомить читателя с логикой мышления и экс­ периментальными методами, применяемыми в молекулярной радиобиологии, а также с результатами, полученными с по­ мощью этих методов. Вполне вероятно, что такой подход про­ диктован тем, что на современном этапе развития науки основ­ ные проблемы радиационной биологии требуют решения на мо­ лекулярном, т. е. физико-химическом, уровне. И поэтому неза­ висимо от того, какие преследуются практические цели (совер­ шенствование ли радиотерапии или поиски способа уменьшить опасность при неожиданном облучении), тщательное изучение главных механизмов, лежащих в основе действия излучения, — самый быстрый, самый безопасный и, пожалуй, единственный путь, дающий возможность получить наиболее плодотворные результаты.

К- Г. Циммер

Г Л А В А 1 ВВЕДЕНИЕ

тах и законах их сочетания и поведения. Каждый, кто изучает химию, с самого начала получает ясное представление о при­ роде этого предмета, и в дальнейшем это представление поч­ ти не меняется. Иначе обстоит дело с радиобиологией, хотя с

Как и многие пограничные дисциплины, радиобиология не может быть включена в программу младших курсов. Студентов, приступающих к изучению радиобиологии после завершения основного обязательного курса, вначале , обычно пугает ее сложность. Так, физик, прошедший общий курс обучения, не­ сомненно, будет удивлен тем, что по радиобиологии почти нет специальных учебников, которые могли бы облегчить ему зна­ комство с этим предметом.

и весьма разнообразных факторов в гораздо большей степени, чем обычные биологические опыты. Понятно поэтому, что ин­ терпретация и объяснение получаемых данных нередко могут быть ошибочными, так как один и тот же эксперимент, прово­ димый в различных условиях, часто дает разные, а иногда да­ же противоположные, результаты. Все это затрудняет выбор и поиски экспериментов, важных именно для радиобиологии. Но,

Быстрое развитие ядерных исследований, широкое исполь­ зование излучения в медицине в различных производственных процессах (для стерилизации лекарственных веществ и инстру­ ментов), в пищевой промышленности, а также применение ядерных реакторов и радионуклидов делаютнеобходимым изу-

8

чение механизмов действия излучений. Это, по-видимому, единственный способ, дающий нам возможность «успешно со­ существовать с ионизирующим излучением» [12].

1.1. Исторический очерк

Все живые организмы, в том числе и человек, подвергаются воздействию ионизирующих излучений, поэтому в любом ис­ следовании по радиобиологии значительная доля должна быть

природы основных процессов взаимодействия, с помощью кото­ рых излучение вызывает повреждение вещества. Поэтому для

Производство новых средств для лечения изотопных отравле­ ний, вызванных попавшими внутрь радионуклидами, относится также к области медицинской радиобиологии [2].

В круг основных исследований по радиобиологии входят также такие классические биологические дисциплины, как ра­ диоцитология, радиационная генетика и радиоэкология, так и недавно получившие широкое признание радиационная микро­ биология и молекулярная радиобиология.

Границы между различными дисциплинами очень нечеткие, так как последние тесно связаны между собой. Поэтому пред­ ложенное деление можно принять только как первое прибли­ жение, однако оно удобно для наших целей, поскольку нам в основном придется иметь дело с определением положения мо­ лекулярной радиобиологии среди других областей исследо­ вания.

В этой связи интересно проанализировать историю развития основных радиобиологических исследований. Это, несомненно, будет способствовать пониманию проблемы в целом. Как слу­ чается почти со всеми новыми направлениями в науке, разви­ тие радиобиологии было стимулировано случайными открытия­ ми в период, когда впервые началось изучение ионизирующего излучения. Так, Беккерель по рассеянности носил в жилетном кармане препарат радия, это вызвало воспаление кожи, которое »с трудом удалось вылечить. После открытия рентгеновского из­ лучения нашлось немало ученых, которые, разглядывая рентге­ новский снимок кисти собственных рук, не переставали удив­ ляться проникающей способности излучения. Однако их радость

9