Министерство образования Республики Беларусь
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ "Брестский государственный университет имени А.С. Пушкина"
Географический факультет
Кафедра зоологии и генетики
Курсовая работа
"Влияние биологически активных факторов окружающей среды на наследственные системы организма человека"
Брест 2011
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Мутагенные факторы окружающей среды
2. Влияние мутагенных факторов на ядерную ДНК. Ядерные патологии
3. Влияние мутагенных факторов на митохондриальную ДНК. Митохондриальные патологии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
мутагенный генетический облучение митохондриальный патология
ВВЕДЕНИЕ
Человек с первых своих шагов по планете изменяет окружающую его среду, и чем больше его путь, тем сильнее он изменяет природу. Развитие городов, добыча природных богатств, изменение социально-экономических отношений все более усугубляли противоречия между человеком и природой. Человек долго не осознавал масштабов изменений в природе, возникших в результате его жизнедеятельности. Зачастую, эти изменения оказывают негативное влияние на наследственные системы человека. В настоящее время расширяется спектр мутагенных факторов с возрастанием загрязнения окружающей среды, особенно связанных с радиационным загрязнением целых регионов в результате Чернобыльской аварии, ядерных взрывов на полигонах и деятельностью предприятий ядерного топливного цикла; с большим количеством и употреблением лекарственных препаратов и многого другого.
В связи с этим актуальным является анализ мутагенных факторов окружающей среды, оценка их влияние на наследственные системы человека, выявление ядерных и митохондриальных патологий, а также принципы их наследования и проявления.
Целью настоящей работы явилось знакомство с биологически активными факторами окружающей среды и последствиями их воздействий на ядерную и митохондриальную ДНК человека.
1. МУТАГЕННЫЕ ФАКТОРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Совсем недавно считалось, что только территории промышленно развитых стран с высокой плотностью населения загрязнены химическими отходам производства и сельского хозяйства. Однако в настоящее время ясно, что нет места на Земле, где бы человек не подвергался действию многих химических веществ и искусственно созданных источников радиации. Подсчитано, что 10% населения планеты испытывают на себе сильное действие токсичных и мутагенных соединений.
Биологически активные соединения делят на три группы:
· Органические и неорганические соединения естественного происхождения (окислы азота, нитраты, радиоактивные соединения, алкалоиды)
· Продукты переработки природных соединений (соли тяжелых металлов, хлорпрен, четыреххлористый углерод и др.)
· Химические соединения не встречающиеся в природе (пестициды, некоторые лекарственные препараты и др.)
Оказалось, что не все химические вещества в малых дозах являются токсичными для человека, но обладают очень сильным мутагенным эффектом, так например нитросоединения. По мутагенным свойствам эти соединения в 10 – 100 раз превосходят ионизирующее излучения; они вызывают мутации отдельных генов и хромосомные нарушения. Однако есть вещества отравляющего действия, которые одновременно являются и ядом, и мутагеном, таким является иприт (горчичный газ). Его генетические последствия были обнаружены через 36 лет у потомков солдат, воевавших на германском фронте в первую мировую войну, когда немцы применили против них этот газ [1].
Однако мутагенным эффектом обладают не только сильнодействующие органические и ядовитые вещества, но и многие сравнительно обычные соединения. Это такие как акридиновые красители, перекиси, азотистая кислота, уретан, формальдегид, гидроксиламин, а также кофеин и ряд лекарственных препаратов.
Анализ на мутагенную активность гербицидов показал, что из 126 обследованных веществ мутагенный эффект вызывают 90 из них, то есть 71,5% [1]. Поэтому становится ясно, почему в регионах где широко применяются пестициды, очень высокий процент наследственных пороков у детей. Один из вредоносных пестицидов – ДДТ. Он почти в неизменном виде накапливается в зеленых частях растений, с ними попадает в организм человека и накапливается в значительном количестве, хотя и опасен в малых дозах. Он вызывает различные заболевания не только у человека, но и сельскохозяйственных животных.
К сильным мутагенам биосферы относятся нитросоединения: окислы азота, нитраты и нитриты. Нитраты и нитриты при избыточном внесении азотных удобрений аккумулируются в растениях в больших количествах, особенно при нарушении технологии возделывания растений, прежде всего овощных культур и картофеля. Также они широко применяются в консервной промышленность. В связи с выявлением мутагенных свойств данных веществ в ряде европейских стран были введены ограничения на использования нитрата натрия в качестве консерванта в производстве ветчины, колбас и других мясных и растительных продуктов. Большинство этих веществ вызывает не только мутации, но способствует образованию злокачественных опухолей. Замена только одной аминокислоты при мутациях может привести к тяжелым генетическим заболеваниям. Например, при серповидной клеточной анемии в результате такой замены гемоглобин теряет способность к транспорту кислорода, и наступает кислородное голодание [1].
Свинец относится к наиболее известным ядам, а также обладает мутагенным эффектом. Как было проверено на мышах и крысах, свинец и кадмий значительно сокращают продолжительность их жизни, так как влияют на сердечнососудистую систему. Также было установлено, что у детей, в молочных зубах которых содержалось большое количество свинца, наблюдалась умственная отсталость. Известны последствия использования свинцовых водопроводных труб и керамических сосудов, покрытых свинцовой глазурью, для хранения сока и вина в Древнем Риме. Через сутки после употребления напитка из такого сосуда люди умирали от отравления. Свинец может включаться в различные ферменты клетки и препятствовать их функционированию. Он вызывает быструю утомляемость, бессонницу расстройство функций нервной системы и поражение головного мозга [1].
Еще одним опасным ядом и мутагеном является кадмий. Он содержится в большом количестве в мазуте и дизельном топливе. Он вызывает различные хромосомные перестройки, изменяющие наследственность. Также кадмий обладает и канцерогенным действием, поражая почки. В больших количествах накапливается в растениях, особенно в грибах. В организм человека может попадать как с растительной пищей, так и с водой. Также вредными являются соединения цинка. В Японии отходы цинкового рудника постоянно спускалась в реку, водой из которой поливали посевы. В результате в этом районе повысилась смертность населения
Важным является то, что на данный момент мало известно о способности кадмия и свинца вызывать генетические мутации. Очень мало сведений о влиянии на генетические системы многих других химических соединений, например лекарственных препаратов. Хотя они и не являются прямыми факторами окружающей среды. Хотя многие из них могут вызывать наследственные изменения, то есть оказывают опосредованное действие на наследственность человека.
Возрастание стрессов в связи с рядом социальных и производственных причин приводит к широкому потреблению во всем мире успокаивающих и обезболивающих (седативных, психотропных) и других лекарственных препаратов. Также возросли продажи транквилизаторов и психостимуляторов.
Большое распространение в лечебной практике получили антибиотики. Однако такие антибиотики как азасерин, биомицин, стрептомицин обладают сильными мутагенными свойствами. Но даже антибиотики со слабыми мутагенными свойствами могут принести значительный вред при длительном употреблении, как при этом возникает суммарный мутагенный эффект [1]. Среди других лекарственных средств, выпускаемых фармацевтической промышленностью и используемых и используемых в народной медицине, выделяются препараты, в состав которых входят алкалоиды высших растений. Их канцерогенность была установлена при выяснении причин увеличения числа злокачественных новообразований у людей в некоторых районах Африки, Центральной Азии и Новой Зеландии. Наиболее опасными является действие некоторых лекарственных препаратов на развитие эмбриона и ребенка в послеродовый период. Чаще всего эти вещества вызывают различного типа уродства.
2. ВЛИЯНИЕ МУТАГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ЯДЕРНУЮ ДНК. ЯДЕРНЫЕ ПАТОЛОГИИ
Крупномасштабные цитогенетические исследования были проведены в связи с аварией на Чернобыльской АЭС. Цитогенетические обследования участников ликвидации последствий аварии на ЧАЭС были начаты сразу после аварии в 1986году и продолжились по 1999году. Было обследовано около 2000 человек – сотрудников атомной станции, врачей, дозиметристов, строителей, жителей г. Припять. Было выявлено, то частота аберраций хромосом у обследованных в 1986году людей значительно (до 17 раз) превышает контрольный уровень. В последующие годы частота аберраций хромосом у обследуемых групп постепенно снижалась. На протяжении всего времени обследования (свыше 10 лет) уровень клеток с нестабильными аберрациями хромосом – дицентриками и центрическими кольцами (признанными маркерами радиационного воздействия), достоверно отличался от контроля [3]. Поэтому, несмотря на длительный период, прошедший с момента облучения, в периферической крови исследуемых людей продолжался сохраняться высокий уровень клеток с нестабильными аберрациями. Так как на протяжении многих десятилетий продолжает сохраняться уровень таких клеток, то можно сделать вывод, что их источником являются пораженные радиацией стволовые клетки кроветворной ткани.