ДНК и радиация

[Lonsdaleite]

Воздействие ионизирующего излучения на клетки приводит к повреждению ДНК, которое вызывается диффузными водными радикалами или прямым воздействием ионизирующего излучения. Прямое выделение энергии в ДНК приводит к ионизации с образованием катион-радикала и электрона. Информация о степени миграции отверстий в ДНК при комнатной температуре и ее последующей локализации отсутствует. Используя свет с длиной волны 193 нм, который фотоионизирует монофотонно
ДНК на нуклео-основаниях, большая часть окисленных повреждений локализуется на гуанине. Используя детектирование лазерного светорассеяния с временным разрешением, делается вывод, что миграция отверстий с локализацией на
гуанине приводит к низкому выходу явных разрывов одной нити (ssb) из-за переноса радикалов от фрагмента гуанина с образованием радикала сахара. Как подтверждено гелевым анализом последовательности, быстрые ssbs возникают преимущественно у гуанина в ДНК, хотя считается, что большая часть повреждений связана с модификациями гуанина. 8-Оксогуанин был идентифицирован как основной продукт одноэлектронного окисления гуанина в двухцепочечной ДНК. Чтобы понять образование этого продукта, предполагается, что реакционная способность одноэлектронного окисленного радикала гуанина различается между ДНК и ее моно-рибонуклеозидом. желательно понимать некоторые свойства радикала гуанина, которые необходимо учитывать, чтобы понять различия в реакционной способности. В данной теми хочу обсудить процессы и явления связаны с ДНК и радиацией. Решения создать данную тему было принято в связи с отсутствием недавних похожих тем. На всякий случай заранее извиняюсь в случаи ошибок или неполадок в теме так как я недавно на форуме и еще не совсем понимаю техническую часть форума.

Изменено 2 Октября, 2021 в 03:12 пользователем Lonsdaleite

[chemister2010]

Статьи по теме:

http://nuclphys.sinp.msu.ru/cosmrad/cosmrad1.htm

https://www.gazeta.ru/science/2016/08/05_a_9759299.shtml

https://radbez.bsmu.by/library/rad_med_LF.pdf со стр 48

http://hea.phys.msu.ru/static/books/medphyslib/6.pdf с математикой

Изменено 2 Октября, 2021 в 07:57 пользователем chemister2010

[Lonsdaleite]

02.10.2021 в 10:54, chemister2010 сказал:

Статьи по теме:

http://nuclphys.sinp.msu.ru/cosmrad/cosmrad1.htm

https://www.gazeta.ru/science/2016/08/05_a_9759299.shtml

https://radbez.bsmu.by/library/rad_med_LF.pdf со стр 48

http://hea.phys.msu.ru/static/books/medphyslib/6.pdf с математикой

Хорошая подборка! Только газету ру сюда не стоило пихать она точна лишняя среди научных ссылок! Как и любая газета не обязательно даже газета на русском.  Исключение научные журналы. 

Радиорезистентные организмы
Deinococcus radiodurans
 грамположительный, экстремофильный кокк рода Deinococcus. Является одной из самых устойчивых бактерий к действию ионизирующего излучения. Впервые был выделен из консервированного мяса, подвергнутого действию гамма-излучения с целью изучения возможности стерилизации. Описан в 1960 году под названием Micrococcus radiodurans, переведён во вновь созданный род Deinococcus в 1981 году. Разрабатываются способы использования Deinococcus radiodurans в биоочистке радиоактивно неблагополучных сточных вод.

Морфология

Окрашивается по методу Грама положительно (хотя клеточная стенка имеет строение, типичное для грамотрицательных бактерий), неподвижный кокк диаметром 1,5—3,5 мкм. На микропрепаратах располагается по две или чаще четыре клетки, образуя тетрады. Не образует капсул и спор. Образует красный пигмент.

Культуральные свойства

Хемоорганогетеротроф, облигантный аэроб. Растёт на простых питательных средах. На агаризованных питательных средах образует гладкие, выпуклые колонии от розового до красного цвета. Штаммы D. radiodurans выделялись из большого разнообразия субстратов: от помёта слонов и почвы до арктических глыб и песков пустынь, поэтому нельзя говорить о каком-либо специфическом местообитании этого микроорганизма.

Геном

Уникальной особенностью генома D. radiodurans является то, что каждая кольцевая молекула ДНК генома представлена в нескольких копиях, и они образуют вместе переплетённые кольца, каждое кольцо содержит по нескольку копий одной молекулы ДНК. Другой уникальной особенностью D. radiodurans является наличие РНК-лигаз, способных сшивать молекулы РНК в гибридном комплексе РНК-ДНК. Геном D. radiodurans штамма R1 представлен четырьмя молекулами ДНК: двумя хромосомами и двумя плазмидами — мегаплазмидой и малой плазмидой. Известно также несколько плазмид, влияющих на резистентность к лизоциму и допустимую температуру роста. Микроорганизм имеет естественную компетентность к трансформации чужеродной ДНК. Геном D. radiodurans весьма близок к геному Thermus aquaticus, и сравнение геномов показывает дивергентные пути к адаптации к термофильности и устойчивости к радиации.

Устойчивость к действию ионизирующих излучений

D. radiodurans широко известен своей высокой устойчивостью к действию радиации, являясь одним из самых устойчивых к действию радиации организмов в мире — D. radiodurans способен выживать при дозе до 10000 греев (для человека летальная доза радиации 5 Гр, для Escherichia coli — 2000 Гр). Предположительно, высокая устойчивость к действию ионизирующего излучения возникла как следствие возникновения устойчивости к высушиванию, так как механизмы повреждения ДНК, а следовательно, и устойчивости к радиации и высушиванию сходны, к тому же D. radiodurans синтезирует т. н. LEA-белки, предотвращающие агрегацию белков во время высушивания.

Долгое время такой уровень устойчивости к действию радиации был не совсем понятен. Сейчас известно, что D. radiodurans хранит в клетке по нескольку копий генома, упакованных в виде тора или колец, дополнительные копии генома позволяют в точности восстановить геном после многочисленных одно- и двуцепочечных разрывов. Было также показано, что как минимум две копии генома при массированных двуцепочечных разрывах образуют полный геном при реассоциации образовавшихся фрагментов ДНК, затем идёт ресинтез поврежденных участков с гомологичных неповреждённых последовательностей, при этом образуется D-петля, после этого происходит рекомбинация между гомологичными последовательностями путём RecA-зависимой гомологичной рекомбинации. RecA D. radiodurans функционирует по пути, прямо противоположному таковому в клетках E. coli; возможно, это — одна из причин чрезвычайной эффективности системы репарации D. radiodurans. Определённую роль в резистентности к действию радиации оказывает также присутствие особого белка, связывающегося с одноцепочечной ДНК и предположительно играющего роль в репликации повреждённой ДНК, на радиорезистентность влияет также синтез белка DdrA, обеспечивающего целостность генома. Белок IrrE, регулятор экспрессии гена recA, также влияет на уровень устойчивости к действию радиации. Микроорганизм имеет рибонуклеопротеины, также оказывающие действие на устойчивость бактерии к ультрафиолетовому облучению. Для защиты от окислительного стресса, сопровождающего действие ионизирующего излучения, D. radiodurans использует особый фермент тиоредоксинредуктазу, а также синтезирует супероксиддисмутазу.

Известно несколько бактерий, сравнимых с D. radiodurans по устойчивости к радиации, включая некоторые виды Chroococcidiopsis (цианобактерии) и Rubrobacter (актиномицеты); среди архей подобными же свойствами обладает Thermococcus gammatolerans.

Применение

Устойчивость к действию радиации D. radiodurans уникальны, он также весьма устойчив к неблагоприятным условиям окружающей среды, что делает этот микроорганизм пригодным для биоочистки радиоактивных отходов. Есть исследования по применению D. radiodurans в биоочистке радиоактивных загрязнений, в том числе содержащие растворённые ионы ртути. В 2003 году американские учёные показали, что D. radiodurans может быть использован в качестве средства хранения информации, которое может пережить ядерную катастрофу. Они перевели песню «Это маленький мир» (англ. It's a Small World) в ряд сегментов ДНК длиной в 150 пар нуклеотидов, внедрили их в бактерии, и были в состоянии получить их без ошибок 100 бактериальных поколений спустя.

Изменено 3 Октября, 2021 в 13:15 пользователем Lonsdaleite

[Lonsdaleite]

Радиоуглеродное датирование
разновидность метода радиоизотопного датирования, применяемая для определения возраста 
органических останков путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа 14C 
по отношению к стабильным изотопам углерода. Метод радиоуглеродного датирования 
предложен Уиллардом Либби в 1946 году, за что ему была присуждена Нобелевская 
премия по химии 1960 года. Метод основан на том, что живые организмы поглощают 
вместе с пищей и нерадиоактивный, и радиоактивный углерод, который постоянно 
вырабатывается в атмосфере из-за воздействия космических лучей на атмосферный 
азот. После гибели животного или растения обмен углеродом с окружающей средой 
прекращается, 14C в останках постепенно распадается, и по его остаточной 
удельной активности можно оценить время гибели организма. Для уточнения 
возраста необходимо использовать калибровочные кривые. В 2020 году были
приняты новые версии калибровочных кривых для Северного полушария 
(IntCal20), Южного полушария (SHCal20) и морских образцов (Marine20),
которые позволяют датировать образцы возрастом до 55 000 лет.
Физические основания
Углерод, будучи одним из основных элементов в составе биологических организмов, 
присутствует в земной атмосфере в виде стабильных изотопов 12C и 13C 
и радиоактивного 14C, который присутствует в следовых количествах (около 10−10 %). 
Изотоп 14C постоянно образуется в основном в верхних слоях атмосферы 
на высоте 12—15 км при столкновении вторичных нейтронов от космических лучей с ядрами атмосферного азота:
В среднем в год в атмосфере Земли образуется около 7,5 кг радиоуглерода при общем его количестве ~75 тонн.
Образование радиоуглерода вследствие естественной радиоактивности на поверхности Земли пренебрежимо мало.
Радиоизотоп углерода 14C испытывает распад с 
периодом полураспада 40 лет, постоянная распада год−1:
Соотношение радиоактивного и стабильных изотопов углерода в 
атмосфере и в биосфере примерно одинаково из-за активного 
перемешивания атмосферы, поскольку все живые организмы 
постоянно участвуют в углеродном обмене, получая углерод из 
окружающей среды, а изотопы, в силу их химической неразличимости, 
участвуют в биохимических процессах практически одинаковым образом.
Удельная активность углерода в живых организмах, обменивающихся 
углеродом с атмосферным резервуаром, соответствует атмосферному 
содержанию радиоуглерода и составляет распада в 
минуту на грамм углерода. С гибелью организма углеродный обмен 
прекращается. После этого стабильные изотопы сохраняются, 
а радиоактивный (14C) постепенно распадается, в результате 
его содержание в останках постепенно уменьшается. 
Зная исходное соотношение содержания изотопов в организме 
и определив их текущее соотношение в биологическом материале 
масс-спектрометрическим методом или измерив активность 
методами дозиметрии, можно установить время, прошедшее с момента гибели организма.
Использование
Для определения возраста из фрагмента исследуемого 
образца выделяется углерод (путём сжигания 
предварительно очищенного фрагмента), для выделенного 
углерода производится измерение радиоактивности, 
на основании этого определяется соотношение изотопов, 
которое и показывает возраст образцов. Образец углерода 
для измерения активности обычно вводится в газ, которым 
наполняется пропорциональный счётчик, либо в жидкий сцинтиллятор. 
В последнее время для очень малых содержаний 14C и/или очень 
малых масс образцов (несколько мг) используется ускорительная 
масс-спектрометрия, позволяющая прямо определять содержание 14C. 
На 2020 год предельный возраст образца, который может быть точно 
определён радиоуглеродным методом — около 55 000 лет, 
то есть около 10 периодов полураспада. За это время содержание 14C 
уменьшается почти в 1000 раз (до около 1 распада в час на грамм углерода).
Измерение возраста предмета радиоуглеродным методом возможно 
только тогда, когда соотношение изотопов в образце не было нарушено за 
время его существования, то есть образец не был загрязнён углеродсодержащими 
материалами более позднего или более раннего происхождения, радиоактивными 
веществами и не подвергался действию сильных источников радиации. Определение 
возраста таких загрязнённых образцов может дать огромные ошибки. За прошедшие 
с момента разработки метода десятилетия накоплен большой опыт в выявлении загрязнений 
и в очистке от них образцов. Для датирования из образцов химическими методами выделяют 
наименее подверженные загрязнению компоненты. При радиоуглеродном анализе растительных 
остатков используется целлюлоза, а при датировании костей, рогов и других животных 
остатков выделяется коллаген. Погрешность метода в настоящее время находится в 
пределах от семидесяти до трёхсот лет.
Один из наиболее известных случаев применения радиоуглеродного метода — исследование 
фрагментов Туринской плащаницы, проведённое в 1988 году, одновременно в нескольких 
лабораториях слепым методом. Радиоуглеродный анализ позволил датировать плащаницу 
периодом XI—XIII веков. Скептики считают такой результат подтверждением того, что 
плащаница — средневековая подделка. Сторонники же подлинности реликвии считают 
полученные данные результатом загрязнения плащаницы углеродом при пожаре и 
последующей стирке в кипящем масле в XVI веке.
Калибровка
Исходные предположения Либби, на которых строится метод радиоуглеродного датирования, 
заключаются в том, что соотношение изотопов углерода в атмосфере во времени и 
пространстве не меняется, а содержание изотопов в живых организмах в точности 
соответствует текущему состоянию атмосферы. Однако, как было установлено в 
дальнейшем, эти предположения справедливы лишь приблизительно. Содержание 
изотопа 14C в атмосфере зависит от многих факторов, таких как:
интенсивность космических лучей и активности Солнца;
широта местности;
состояние атмосферы и магнитосферы;
вулканическая деятельность (углерод, содержащийся в вулканических выбросах, «древний», практически не содержащий 14C);
круговорот углекислого газа в природе;
проведение атмосферных ядерных испытаний, создавших в 1950—1960-х годах 
существенный выброс (около 0,5 тонны) радиоуглерода в атмосферу (бомбовый эффект);
сжигание большого количества ископаемых топлив (углерод, содержащийся в нефти, 
природном газе и угле — «древний», практически не содержащий 14C) — так называемый э
ффект Зюсса, возникший с началом промышленной революции в XIX веке.
Два последних фактора делают невозможным проведение точных радиоуглеродных датировок у образцов XX века.
Кроме того, исследования показали, что из-за разницы в атомных массах изотопов углерода 
химические реакции и процессы в живых организмах идут с немного разными скоростями, 
что нарушает естественное соотношение изотопов (так называемый эффект изотопного 
фракционирования). Ещё один важный эффект (резервуарный эффект) — замедленное 
достижение радиоуглеродного равновесия в Мировом океане из-за его медленного 
обмена углеродом с атмосферным резервуаром — приводит, если не учитывать поправок, 
к кажущемуся увеличению возраста остатков морских организмов, а также тех сухопутных 
организмов, чья диета в основном состояла из морской пищи. Понимание процессов, 
связанных с углеродным обменом в природе и влиянием этих процессов на соотношение 
изотопов в биологических объектах, было достигнуто не сразу. Таким образом, 
использование радиоуглеродного метода без учёта этих эффектов и вносимых ими поправок 
способно породить значительные ошибки (порядка тысячелетия), что часто происходило 
на ранних этапах развития метода, до 1970-х годов.
В настоящее время для правильного применения метода произведена тщательная калибровка, 
учитывающая изменение соотношения изотопов для различных эпох и географических регионов, 
а также специфику накопления радиоактивных изотопов в живых существах и растениях. 
Для калибровки метода используется определение соотношения изотопов для предметов, 
абсолютная датировка которых заведомо известна. Одним из источников калибровочных 
данных является дендрохронология. Также проведены сопоставления определения возраста 
образцов радиоуглеродным методом с результатами других изотопных методов датирования. 
Сейчас в качестве стандартной калибровочной кривой используется IntCal, первая 
версия которой опубликована в 1998 году. Следующие уточнённые 
версии калибровочной кривой, используемой для пересчёта измеренного 
радиоуглеродного возраста образца в абсолютный возраст, опубликованы в 2004, 
2009[8] и 2013 году. Калибровочная кривая IntCal13 построена отдельно для 
северного и южного (SHCal13) полушарий, она охватывает последние 50 000 лет и 
получена на основании тысяч измерений точно датируемых древесных колец деревьев 
(последние 12 000 лет), годовых приростов кораллов и отложений фораминифер.
Сравнение отложений на дне японского озера Суйгецу за период с 12 000 до 40 тысяч лет назад 
с информацией, полученной дендрохронологами при анализе древесных колец, привело к 
внесению поправок, сдвинувших данные в прошлое на 300—400 лет. Калибровка 
для морских объектов выполняется по отдельной кривой Marine13, поскольку 
скорость обмена углерода в морском резервуаре медленнее атмосферного.
В своём современном виде благодаря созданию калибровочных шкал IntCal20, 
SHCal20 и Marine20 на историческом интервале (от десятков лет до 55 тысяч 
лет в прошлое) радиоуглеродный метод можно считать достаточно надёжным и 
качественно откалиброванным независимым методом датирования предметов 
биологического происхождения.
Критика метода
Несмотря на то, что радиоуглеродное датирование уже давно вошло в научную 
практику и достаточно широко используется, в околонаучных публикациях и в 
Интернете встречается критика этого метода, ставящая под сомнение правомерность 
его применения для датирования исторических артефактов (в особенности 
более позднего периода). Как правило, радиоуглеродный метод критикуется 
сторонниками «научного креационизма», «Новой хронологии» и других псевдонаучных 
концепций. Некоторые примеры возражений против радиоуглеродного датирования 
приведены в разделе Критика естественно-научных методов в «Новой хронологии» 
Фоменко. Обычно такая критика радиоуглеродного анализа основывается на самых 
ранних научных публикациях, отражавших состояние методологии в 1960-х годах, 
и на непонимании основ метода и особенностей калибровки.
Влияние выброса ископаемого углерода
В 2015 году Х. Грейвен (Имперский колледж Лондона) подсчитал, 
что дальнейшее сжигание ископаемого топлива в существующем темпе из-за 
эмиссии в атмосферу «древнего» углерода приведёт к неотличимости по 
радиоуглеродному методу современных образцов от более древних 
(хотя на образцы, возникшие до индустриализации и не обменивающиеся 
углеродом с атмосферой, этот эффект, разумеется, не влияет). 
В настоящее время выброс в атмосферу ископаемого углерода 
приводит к кажущемуся «старению» атмосферного 
углерода примерно на 30 лет в год.

[chemister2010]

Это вот зачем было? И как это относится к теме?

[Lonsdaleite]

Группа исследователей из Университета Висконсина определила 46 генов кишечной палочки , которые необходимы для ее выживания при исключительно высоких уровнях радиации. Статья появляется перед печатью в Журнале бактериологии .

«Исследование выявило новые пути самовосстановления клеток, в том числе пути ДНК, которые у людей могут помочь защитить нас от рака», - говорит автор-корреспондент Майкл М. Кокс.

Высокие дозы радиации смертельны не только для людей, растений и животных, но и для микробных клеток в целом. Тем не менее, некоторые бактерии, особенно Deinococcus radiodurans , обладают высокой устойчивостью к высокому уровню излучения. E. coli обычно не обладает такой радиационной устойчивостью, но устойчивые штаммы были разработаны путем воздействия на них повышенного уровня радиации и сбора выживших в каждом поколении.

46 генов возникли не в результате мутаций, созданных при высоких уровнях радиации, а скорее в результате генов, которые существуют в нормальной E. coli дикого типа . Результаты подтверждают представление о том, что выживаемость после высоких доз ионизирующего излучения не зависит от какого-то одного механизма или процесса, а, напротив, многогранна.

«Мы установили роль генов, участвующих в таких разнообразных процессах, как центральный метаболизм, синтез и поддержание клеточной стенки в радиационном выживании», - говорит Кокс. «Возможно, наиболее важным является то, что мы идентифицировали восемь генов с неизвестной функцией, которые играют существенную роль в радиационном выживании».

«Польза от этого исследования и его результатов может быть существенной», - говорит Кокс. «Наше понимание того, как клетки справляются с ионизирующим излучением, очень рудиментарно. Наша работа предоставляет расширенную карту клеточных функций, которые наиболее непосредственно участвуют в смягчении воздействия ионизирующего излучения. Оно выявило некоторые потенциально новые пути, с помощью которых клетки восстанавливают свою ДНК. и в более общем плане восстанавливают свои клеточные белки и другие компоненты после воздействия высоких уровней радиации ».

Один ген, функция которого ранее была неизвестна, играет роль в восстановлении двухцепочечных разрывов ДНК. «Этот ген связан с человеческим геном под названием XPB, и он может помочь выяснить некоторые ключевые пути восстановления ДНК у людей, которые помогают защитить нас от рака», - говорит Кокс.

Супероксиддисмутаза

Следуя антиоксидантному подходу к радиозащитной генной терапии, белки семейства супероксиддисмутазы (SOD) были тщательно изучены. Белки SOD представляют собой семейство из трех металлопротеинов, которые катализируют превращение супероксида (O 2 - ) в перекись водорода и кислород. Поскольку радиационное повреждение опосредовано образованием супероксида и других АФК в клетках, генная терапия SOD рассматривалась как средство уменьшения повреждений, вызванных XRT. Один член семейства, CuZnSOD (SOD1), локализуется в цитоплазме и конститутивно экспрессируется, в то время как MnSOD (SOD2) локализуется в митохондриях, и экспрессия индуцируется несколькими факторами, включая радиацию. 7Третий член семейства SOD, ECSOD (SOD3), также основан на CuZn, но локализован во внеклеточном пространстве. Несмотря на аналогичное ферментативное действие этих белков, MnSOD обычно проявляет превосходную радиозащитную способность. Считается, что это является результатом митохондриальной локализации MnSOD, поскольку MnSOD без последовательности митохондриальной локализации демонстрирует пониженную радиозащитную способность. 8 Точный механизм неизвестен, но возможно, что MnSOD ингибирует апоптоз, стабилизируя митохондриальную мембрану. 8Это свидетельство радиозащиты, опосредованной MnSOD, ставит под сомнение модель радиозащиты исключительно за счет антиоксидантных эффектов в цитоплазме клеток. С другой стороны, есть доказательства того, что ECSOD является потенциальным радиозащитным агентом в легких в силу его внеклеточной локализации. 9 Таким образом, возможно, что механизм радиозащиты через экспрессию SOD варьируется в зависимости от конкретной ткани, и для выяснения механизма радиозащиты SOD требуется дальнейшая работа. Помимо действия в качестве радиопротектора, есть доказательства того, что MnSOD действует как радиосенсибилизатор при некоторых видах рака 10 и нарушает регуляцию развития и прогрессирования опухоли. 11

Генная терапия супероксиддисмутазой проводилась с использованием различных векторов и способов введения для контроля локализации экспрессии. Векторы , используемые с СОДАМИ включают в себя рекомбинантные вирусы, 12 , 13 плазмидных липосом, 14 - 17 (. Плазмиды , в которой были устранены оставшиеся бактериальные последовательности) и minicircle-плазмида Липосома 18 Для достижения более конкретного выражения SOD, несколько методов были использованы для также применять эти векторы. Прямая инъекция использовалась для интратрахеальных 12 , 14 , 19 и внутрипищеводных 20 , 21 , 22защита. Внутривенное введение также использовалось для экспериментов по защите всего тела. 17 , 23 Эксперименты по радиозащите с помощью генной терапии SOD также проводились с использованием перорального введения плазмидных липосомных векторов. 24 , 25 И, наконец, плазмидные липосомы были введены в манере , что делает использование природной анатомической изоляции , такие как ингаляции через распылители 16 и внутрипузырную инстилляцию. 15

Генная терапия супероксиддисмутазой показала себя многообещающей в предотвращении радиационного поражения в некоторых тканях как на ранних, так и на поздних стадиях радиационного поражения. Было показано, что в легких терапия MnSOD снижает гистологические и клинические признаки организуемого альвеолита и фиброза, а также поздних последствий радиационного воздействия. 14 Этот защитный эффект, по-видимому, ограничен нормальными тканями без постороннего эффекта на опухолевых моделях. 26 Соответственно, введение генной терапии SOD снижает апоптоз в облученных легких 27 и снижает экспрессию воспалительных цитокинов IL-1, TNFα и TGF-β. 12 , 19В более поздние моменты времени введение генной терапии SOD приводит к снижению экспрессии VCAM-1 и ICAM-1, потенциально уменьшая иммиграцию лейкоцитов, которые способствуют легочному фиброзу. 28 год

Пищевод - еще одно место, которое широко изучалось в контексте радиозащиты генной терапии SOD. Было показано, что введение векторов для генной терапии MnSOD улучшает клинические маркеры на мышиных моделях после облучения, такие как уменьшение потери веса 21 и увеличение общей выживаемости. 20 Гистологически защитный эффект подтверждается данными об уменьшении образования вакуолей 20, увеличении выживаемости стволовых клеток боковой популяции 29 и повышенном приживлении клеток-предшественников костного мозга в поврежденной ткани пищевода. 30 Кроме того, применение генной терапии SOD связано со снижением перекисного окисления липидов 31и гомологичная рекомбинация в облученных тканях пищевода. 32

Генная терапия супероксиддисмутазой также перспективна для радиозащиты кроветворной ткани. Исследования in vitro с использованием линии миелоидных клеток мышей 32Dcl 3 показали, что генная терапия MnSOD снижает апоптоз этих клеток в ответ на облучение и TNFα. 33 Кроме того, введение генной терапии MnSOD снижает смертность от гемопоэтического синдрома in vivo. 34

Вместе эти исследования демонстрируют, что доставка генов членов семейства SOD, особенно MnSOD, является многообещающей стратегией радиозащиты различных тканей. Радиозащита, обеспечиваемая этой стратегией, была обнаружена с помощью клинических маркеров, таких как снижение потери веса и увеличение выживаемости, а также с помощью гистологических маркеров, таких как снижение апоптоза. Однако использование доставки гена SOD ограничено специфичностью доступных векторов доставки гена. Это ограничение привело к использованию прямой инъекции векторов SOD или введению в анатомически разделенные области, такие как мочевой пузырь, для достижения специфической экспрессии в тканях-мишенях. Чтобы обеспечить возможность использования радиозащиты SOD в других тканях при сохранении специфической доставки генов, необходимо разработать новые векторы, способные к усиленному нацеливанию.

Ученые исследовали белок Dsup, который связан с устойчивостью тихоходки Ramazzottius varieornatus к радиации, и выяснили, что он образует «кокон» вокруг нитей ее ДНК. Еще у одного вида тихоходок исследователи тоже нашли белок с аналогичным строением и функциями. В поисках похожих белков у других групп организмов они обнаружили, что некоторые участки белка Dsup напоминают белки HMGN, которые встречаются только у позвоночных, а у других животных их аналогов нет. Причины этого пока неясны, пишут ученые в журнале eLife.

Тихоходки известны своим умением впадать в ангидробиоз (то есть высыхать, а если точнее — «стекленеть») и переживать самые разные экстремальные условия: от перепадов температур до выхода в открытый космос. В частности, они способны выдержать до 1000 летальных для человека доз ионизирующего излучения.

В поисках секрета устойчивости тихоходок к радиации японские ученые расшифровали геном одного из видов — R. varieornatus — и обнаружили там ряд уникальных для этих животных генов. Один из них кодирует белок Dsup (от англ. damage suppressor, снижающий вред), а когда его ввели в клетки человека, оказалось, что они тоже могут приобрести дополнительную устойчивость к действию излучения: в их ДНК образовалось в два раза меньше разрывов. Поэтому исследователи заключили, что Dsup каким-то образом защищает ДНК от повреждений.

Об этом исследовании узнал американец Малаккар Вохрыжек (Malakkar Vohryzek), историю которого недавно рассказали журналисты STAT. Вохрыжек страдает гиперчувствительностью к ультрафиолету, поэтому каждый выход под открытое солнце приносит ему новые родинки, которые угрожают превратиться в меланомы. Вохрыжек воодушевился результатами японских ученых и решил, что Dsup может спасти его от болезни. Сейчас он рассылает письма ученым, биохакерам и биотехнологическим компаниям с просьбой отредактировать его геном и внести туда ген, который кодирует Dsup. Пока на его призывы никто не откликнулся, зато ученые из Калифорнии нашли чем-то похожие на Dsup белки в клетках человека.

Каролина Чавес (Carolina Chavez) и ее коллеги из Калифорнийского университета предположили, что Dsup выполняет свою защитную функцию, непосредственно связываясь с нитями ДНК. Чтобы это проверить, они смешали в растворе молекулы ДНК и Dsup, а затем проверили скорость их движения в геле: ДНК с Dsup «ползла» гораздо медленнее, чем чистая проба ДНК, а значит, вещества связались друг с другом. При этом Dsup взаимодействовал не только с «голой» ДНК, но и с ДНК в составе нуклеосом — в том виде, в котором она находится в клетках эукариот.

Затем исследователи решили проверить, есть ли похожие белки у других тихоходок. Они взяли для примера вид Hypsibius exemplaris, который тоже способен впадать в ангидробиоз. Два года назад его геном отсеквенировали и нашли там ген, который кодировал Dsup-подобный белок: 26,4 процента аминокислот у него оказались общими с Dsup. Ученые сравнили гены, которые кодируют Dsup и его аналог, и обнаружили, что рядом с ними в хромосомах у обоих видов расположены одни и те же гены. Аналог Dsup у H. exemplaris тоже оказался способен связывать ДНК, из чего авторы работы заключили, что эти два белка — ортологи, то есть обладают общими происхождением и функцией.

Далее ученые смоделировали «атаку» на ДНК в пробирке. Они добавляли ДНК в раствор, где шла реакция с выделением гидроксильных радикалов — химически активных веществ, которые образуются в клетках как под действием излучения, так и при окислительном стрессе. В тех пробах, куда добавляли еще и Dsup или его ортолог, разрывов в ДНК было значительно меньше, чем в тех, где защитных белков не оказалось. Таким образом исследователи подтвердили, что Dsup напрямую связывается с ДНК и защищает ее от радикалов.

Известно, что в составе белка Dsup много аминокислот серина, аланина, глицина и лизина. Эти аминокислоты мешают белковой нити сформировать плотный комок, и структура белка остается неупорядоченной. Поэтому ученые предположили, что Dsup обволакивает ДНК, как кокон, и защищает ее — как в высушенном состоянии, так и в растворе.

Наконец, исследователи решили проверить, есть ли аналогичные белки у других организмов. Они обнаружили похожую последовательность только в белках группы HMGN (high mobility group nucleosome-binding) — это регуляторные белки, которые встречаются только у позвоночных. Общим у Dsup и HMGN оказался участок, с помощью которого белки связываются с ДНК. Когда ученые удалили его из молекулы Dsup, белок тут же потерял свою активность и не смог защитить ДНК от гидроксильных радикалов.

Откуда у тихоходок и позвоночных взялся общий участок белка, которого нет у других групп организмов, пока неясно. Авторы работы не исключают, что это может быть результатом конвергенции, но вероятность такого события считают крайне малой.

Тем не менее, исследователи рассчитывают, что более подробное изучение свойств Dsup может помочь «усовершенствовать» клеточные культуры, чтобы те, например, легче переносили хранение и транспортировку и не накапливали повреждения в своей ДНК. О применении же в живых организмах — чего так хотелось бы Малаккару Вохрыжеку — речь пока не идет.

Тимофеев-Ресовский Н. В. и др. Введение в молекулярную радиобиологию. — 1981

Аминогрупы в α- и ε-положениях, можно обозначить αα, εε и εα.
Скорость реакции карбонильных соединений с аминокислотами растет с 
увеличением температуры; при повышении температуры увеличивается также 
концентрация люминесцирующего продукта, соответствующая равновесному 
состоянию. Реакция протекает практически с одинаковой скоростью при pH= 11 и pH = 7,4, 
но скорость ее существенно снижается в кислой среде (pH = 4).
Флюоресцирующие соединения обнаружены и при облучении микросомных мембран в суспензиях 
в присутствии воздуха (γ-излучение 60Co, мощность дозы 20 Дж/кг в минуту) с 
радиационно-химическим выходом, равным 0,026 мол/100 эВ (Мочалина А. С., 1979). 
Можно предполагать, что обнаруженный флюоресцирующий продукт образовался в результате 
реакции карбонильных соединений с фосфолипидами, содержащими в молекуле аминогруппу, 
которые входят в состав макросомной мембраны.
Цепочка превращений гидроперекиси — карбонильные соединения — 
сшивки, регистрируется при облучении клеток in vitro и in vivo.
РАДИОЛИЗ АМИНОКИСЛОТ И БЕЛКОВ
Карбоновые кислоты, в молекуле которых имеется одна или несколько групп NH2, называются аминокислотами.
Известно около 180 различных природных аминокислот, 20 из которых являются стандартными стройблоками клетки. 
Общий признак последних — группа глицила (Гл)—CH(NH2)COOH, в которой аминогруппа соединена с углеродным атомом, 
соседним с углеродом карбоксила (α-углеродным атомом). Аминокислотный остаток Ra, присоединенный к глицилу, 
определяет химическую индивидуальность соединения. В средах с различными pH аминокислоты как амфотерные 
вещества могут находиться в различной ионной форме: катионной в кислой среде, цвиттерионной — в нейтральной, 
вблизи изоэлектрической точки и в анионной форме в щелочной среде.
Химические формулы стандартных аминокислот,

а также их сокращенные названия даны в табл. 19, где они разбиты на 4 родственных по виду группы.
Рассмотрим общую схему радиолиза аминокислот, которая составлена на основании данных по радиолизу 
двух простейших аминокислот глицина и аланина, систематизированных в обзоре Н. А. Дуженковой (1973). 
В радиолизе аминокислот имеются общие черты, в какой-то мере сходные с теми, которые наблюдаются при 
действии радиации на карбоновые кислоты. Специфика радиолиза аминокислот по сравнению с радиолизом карбоновых 
кислот связана, в первую очередь, с наличием аминогруппы в молекуле (табл. 20, ср. с табл. 16).
При облучении аминокислот в кристаллическом состоянии в отсутствии кислорода преобразования 
нестабильных продуктов 1-го поколения (Ак+, Ак* и e-) приводят в конечном итоге (см. табл. 20) 
к различным вариантам диссоциации возбужденной молекулы (реакции 1а, б, в, г) или отрицательного 
иона (реакции 3а, б, в). Из-за наличия аминогруппы образующиеся в результате диссоциации радикалы 
разнообразнее по виду, чем радикалы карбоновых кислот. Многие из них зарегистрированы непосредственно, 
с использованием метода ЭПР. Радикалы могут возникать в результате отщепления карбоксильной группы, 
аминогруппы или атома водорода от α-углеродного атома, а также в аминокислотном остатке Ra 
(большей частью путем отрыва H от углеродного атома).
Радикалы, возникающие в результате отщепления H (от а-углеродного атома или в остатке Ra), 
образуются и при радиолизе водных растворов аминокислот в реакциях с H и OH (3г, д, е, ж, табл. 20).
 Они регистрировались методом ЭПР при комнатной температуре в системах, в которые добавлялись вещества, 
образующие при соединении с радикалом аминокислоты долгоживущие свободные радикалы. Под воздействием OH в 
водных растворах из всех 18 исследовавшихся* стандартных аминокислот, за исключением глицина, в результате 
отщепления H от углеродного атома аминокислотного остатка образуются радикалы вида NH3-CH(Ra)COO-.
Радикалы типа NH3-C(Ra)COO- зарегистрированы у 8 аминокислот: глицина, валина, лейцина, изолейцина,
1 В работе нет данных для цистеина и триптофана.