УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ ЛУЧИ И ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Ближний ультрафиолет (уф) — излучение с длиной волн 400—320 нм—даже в невысоких дозах оказывает на бактерии определенное действие. Так, при освещении ближним УФ подвижных клеток Е. coli или Salmonella typhimurium сначала наблюдается увеличение частоты кувырканий клеток, т. е. репеллентный эффект, но затем кувыркания полностью прекращаются, и в конце концов наступает паралич жгутиков, т. е. свет нарушает механизмы движения и таксиса. При этом хромофором является флавопротеин.
В сублетальных дозах ближний УФ вызывает замедление роста культур, главным обраюм за счет удлинения лаг-фазы. Скорость деления клеток так»е несколько снижается, подавляется способность бактерий поддерживать развитие фага и угнетается индукция ферментов. Эти эффекты определяются в основном поглощением УФ-лучей 4-тиоуридином — необычным основанием, присутствующим в 8-й позиции у многих тРь| прокариот (но не у эукариот). Наибольший эффект оказывает свет длиной волны около 340 нм. Возбужденный светом 4-тиоу, ридин образует сшивки с цитозином, находящимся в 13-м по. ложении в тРНК, что препятствует связыванию тРНК с амино. кислотами и приводит к увеличению образования гуанозинте, трафосфата на рибосомах и к приостановке синтеза РНК и соответственно белка. У Bacillus subtilis обнаружена и другая чувствительная к ближнему УФ система, у которой воспринимающим свет хромофором является менахинон.
При относительно высоких дозах облучения ближним Уф наблюдаются мутагенный и летальный эффекты. При этом нарушения ДНК вызывают не столько сами УФ-лучи, сколько различные другие возбужденные светом молекулы. И в этих эффектах имеет значение поглощение ближнего УФ 4-тиоуриди-ном. Мутагенное и летальное действие ближнего УФ в значительной степени зависит от присутствия кислорода.
Летальный эффект при облучении ближним УФ может быть связан с повреждением не только ДНК, но и мембран, в частности их транспортных систем. Чувствительность к ближнему УФ бактерий может сильно зависеть от стадии роста культуры, что не наблюдается в случае действия дальнего УФ.
Эффект действия ближнего УФ может быть опосредован фотосенсибилизатором. Так, в присутствии акридина у Е. coil ближний УФ вызывает нарушения как ДНК, так и внешней л цитоплазматической мембран, в результате чего клетки стан вятся чувствительными к лизоц,иму, детергентам, осмотическог шоку.
Ближний УФ может при невысоких дозах облучения вызвать фотопротекцию, т. е. снижать биологический эффект и следующего облучения дальним УФ. Представления о механизме этого эффекта противоречивы. При относительно высоких дозах облучения ближним УФ может наблюдаться и противоположный эффект, т. е. усиление действия последующего облучения дальним УФ.
Средний УФ—это излучения с длинами волн 320—290 н идальний УФ—излучения с длинами волн 290—200 нм. билогические эффекты действия среднего и дальнего УФ сходны. Как уже было упомянуто, при облучении солнечным светогибель бактерий связана в основном с действием УФ. Однако нужно иметь в виду, что нижний предел длины волны свет; попадающего на земную поверхность, около 290 нм. В мной численных исследованиях используются источники света с меньшей длиной волны. Считают, что резистентность организма солнечной радиации, как правило, соответствует его устойчивости к неионизирующему излучению от искусственных источников.
ДНК интенсивно поглощает УФ в области 240—300 нм, т. е. области среднего и дальнего УФ, с пиком поглощения в области 254 нм. Этим объясняется высокая мутагенная и летальная эффективность облучения средним и дальним УФ. Образование пиримидиновых димеров в ДНК является основным механизмом, обусловливающим летальный и мутагенный эффекты. В состав диаметров могут входить два соседних тиминовых или цитозиновых остатка либо один тиминовый и один цитозиновый остатки. Под влиянием УФ-облучения происходит также гидро-ксилирование цитозина и урацила, образование цитозин-тиминовых аддуктов, сшивок ДНК с белком, формирование поперечных сшивок ДНК, разрывы цепей и денатурация ДНК. Значение таких повреждений возрастает при повышении интенсивности облучения.
Ионизирующие излучения составляют определенный компонент естественной радиации, определяемый нестабильными изотопами, постоянно находящимися в почве, атмосферных осадках. В областях залегания радиоактивных минералов естественный фон радиации повышен. Изотопы могут попадать в живые организмы и тогда они подвергаются внутреннему облучению. Бактерии иногда способны накапливать некоторые элементы в очень больших количествах.
Ионизирующее излучение возникает также под влиянием космических лучей. Космическое пространство служит источником первичных космических лучей. Первичные космические лучи дают начало вторичным, воздействию которых и подвергаются живые организмы. Интенсивность такого излучения зависит от географической широты, но особенно от высоты над-уровнем моря, и приблизительно удваивается каждые 1500 м, В период солнечных вспышек фон космической радиации повышен. Искусственное ионизирующее излучение возникает в результате испытаний -ядерного оружия, работы АЭС, применения радиоизотопов в медицинских, научных и других целях. Наличие таких источников—причина того, что микроорганизмы в наши дни подвергаются весьма высоким дозам облучения;
Ионизирующие излучения также вызывают повреждения ДНК, которые принято подразделять на прямые и опосредованные, возникающие в связи с образованием свободных радикалов. Повреждения преимущественно представляют собой одноцепочечные или двухцепочечные разрывы молекулы ДНК.
Радиорезистентность различных бактерий варьирует в очень широких пределах (рис. 2) и контролируется многими генами. Сравнительно легко могут быть получены мутанты, более ра-Диорезистентные или радиочувствительные (рис. 3). Степень радиорезистентности зависит прежде всего от работы различных систем репарации и регуляции; степени устойчивости организма к излучениям различных типов, особенно УФ и ионизирующим излучениям, могут не совпадать. Различные репарационные системы бактерий будут рассмотрены нами ниже.
В некоторых случаях удается обнаружить связь радиоустойчивости бактерии с особенностями ее местообитания. Так, микроорганизмы, выделенные из родоновых минеральных источников, оказываются в 3—10 раз более резистентными к радиации, чем организмы тех же видов, выделенные из нерадиоактивной воды. В охладительных системах ядерных реакторов, где средняя доза излучения превышает 106 ФЭР (физический эквивалент рентгена), обитают разные бактерии, в частности представители рода Pseudomonas. В большинстве случаев, однако, трудно найти разумное объяснение адаптационного значения высокой радиоустойчивости некоторых бактерий. Особенно высокая радио устойчивость некоторых кокков, выделенных из облученных продуктов. Очевидно, что в данном случае облучение могло служить фактором отбора, но не фактором, вызвавшим адаптацию. Так, доза УФ, необходимая для инактивации 90% клеток УФ-резистентного штамма Е. coli, составляет около 1000 эрг-мм-2, в то время как для достижения такого же эффекта у Deinococcus radiodurans требуется доза в 10000— 15000 эрг-мм"2 или 5-Ю5 рад в случае радиоактивного облучения. Еще большей устойчивостью к УФ- и у-излучению обладает другой кокк—Deinococcus radiopMIus. Как уже упоминалось, уровень радиорезистентности определяется главным обра- , зом степенью развитости репарационных систем. Deinococcus radiodurans, видимо, способен репарировать даже двухнитевые ДНК, летальные для большинства микроорганизмов, Степень радиоустойчивости некоторых бактерий значительно повышает предельный уровень радиации, с которым организмы могут сталкиваться в природе.
Наиболее вероятным объяснением этого несоответствия может быть предположение о том, что радиоустойчивость—лишь одно из многообразных проявлений действия систем широкого назначения. Правильнее было бы говорить о степени устойчивости бактерий к определенным нарушениям в структуре их клеток, чем об устойчивости к воздействию определенных факторов среды, поскольку одинаковые нарушения могут быть вызваны разными причинами. Это относится преждевсего к системам репарации повреждений ДНК.
Дата добавления: 2020-10-01; просмотров: 414;