WWW.KN.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные ресурсы
 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОИЯИ RADIOBIOLOGICAL RESEARCH AT JINR Дубна • 2015 Р15 Составители: Член-корреспондент РАН Е. А. ...»

-- [ Страница 1 ] --

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ

В ОИЯИ

RADIOBIOLOGICAL

RESEARCH

AT JINR

Дубна • 2015

Р15

Составители:

Член-корреспондент РАН Е. А. Красавин

Доктор биологических наук А. В. Борейко Доктор биологических наук Н. А. Колтовая Кандидат биологических наук Р. Д. Говорун Кандидат биологических наук О. В. Комова Доктор физико-математических наук Г. Н. Тимошенко Перевод С. С. Неговелова

Compiled by:

Corresponding Member of the RAS E. A. Krasavin Doctor of Biological Sciences A. V. Boreyko Doctor of Biological Sciences N. A. Koltovaya Candidate of Biological Sciences R. D. Govorun Candidate of Biological Sciences O. V. Komova Doctor of Physical and Mathematical Sciences G. N. Timoshenko Translated from Russian by S. S. Negovelov Радиобиологические исследования в ОИЯИ / Сост. Е. А. Красавин, Р15 А. В. Борейко, Н. А. Колтовая, Р. Д. Говорун, О. В. Комова, Г. Н. Тимошенко;

Под общ. ред. чл.-корр. РАН Е. А. Красавина; Пер.  С. С. Неговелова.  — Дубна: ОИЯИ, 2015. — 182 с., 26 с. фото.

Radiobiological Research at JINR / Comp. E. A. Krasavin, A. V. Boreyko, N. A. Koltovaya, R. D. Govorun, O. V. Komova, G. N. Timoshenko; Ed. by Corr.

Mem. of the RAS E. A. Krasavin; Transl. by S. S. Negovelov.  — Dubna: JINR, 2015. — 182 p., 26 p. photo.

ISBN 978-5-9530-0415-2 © Объединенный институт ядерных ISBN 978-5-9530-0415-2 исследований, 2015

ВВЕДЕНИЕ

Объединенный институт ядерных исследований является уникальным мировым научным центром, в котором сосредоточены ядерно-физические установки, генерирующие ионизирующие излучения с разными физическими характеристиками. На протяжении многих лет он привлекает специалистов из разных стран для проведения фундаментальных исследований в  области не только физики, но и биологии. Ускоренные заряженные частицы различных энергий служат эффективным инструментом в решении многих актуальных проблем современной радиобиологии. Уже на ранних этапах классики радиационной генетики — Н. В. Тимофеев-Ресовский, Д. Ли, К. Циммер и др. — указывали на необходимость и плодотворность применения ионизирующих излучений с разными физическими характеристиками в решении фундаментальных задач радиационной биологии и генетики. Они касались выяснения механизмов биологического действия ионизирующих излучений, индуцированного мутационного процесса, конкретизации физических событий, служащих пусковыми механизмами формирования мутаций. На необходимость использования ионизирующих излучений разного качества в генетических исследованиях неоднократно указывали классики количественной радиобиологии. В связи с этим Н. В. Тимофеев-Ресовский писал: «Элементарные дискретные изменения элементарных дискретных компонентов генотипа (генов) у всех в этом отношении изученных живых организмов вызываются всеми типами ионизирующих излучений, следуя при этом одноударной кривой доза– эффект. Опыты с излучениями разных мощностей дозы и разной жесткости позволили в значительной мере конкретизировать то физическое явление, которое служит физическим пусковым механизмом, вызывающим мутации, попадание в определенный эффективный объем в форме одной ионизации».





Действительно, использование в практике радиобиологических экспериментов изотопных альфа-источников, а позднее нейтронных генераторов позволило приступить к решению ряда вопросов, касающихся механизмов летального действия ионизирующих излучений на клетки различных организмов, биологической эффективности излучений разного качества, закономерностей индуцированного мутационного процесса. Создание ускорителей заряженных частиц и прежде всего ускорителей многозарядных ионов предоставило широкие возможности изучения наиболее актуальных проблем современной радиационной биологии. Использование пучков многозарядных ионов, генерируемых ускорителями ОИЯИ, позволило специалистам Института решить одну из центральных задач радиобиологии  — проблему относительной биологической эффективности (ОБЭ) излучений разного качества.

Фундаментальные разработки, выполненные в лаборатории в предыдущие годы, представляются весьма плодотворными при решении многих практических задач. Накопленный экспериментальный материал и исследования по проблеме ОБЭ необходимы при использовании в практике лучевой терапии злокачественных новообразований корпускулярных излучений высоких энергий: пучков протонов и ионов углерода. Радиобиологические эксперименты на ускорительных установках представляются важными при решении вопросов нормирования лучевых нагрузок на персонал, работающий в смешанных полях ионизирующих излучений, что особенно актуально в связи с необходимостью учета стохастических эффектов радиационного воздействия, индуцируемых излучениями, различающимися по величине линейной передачи энергии (ЛПЭ).

Планы по освоению дальнего космоса выдвигают новые задачи, решаемые специалистами в области космической радиобиологии. В связи с этим использование базовых установок ОИЯИ рассматривается как уникальная возможность моделирования биологического действия космических видов излучений.

К настоящему времени становится ясным, что в ходе пилотируемых межпланетных полетов высокую опасность для экипажей кораблей могут представлять тяжелые заряженные частицы, входящие в состав галактических космических лучей. Диапазон энергий частиц, приходящих из глубин Галактики, как известно, крайне широк и простирается до сверхвысоких энергий порядка 1020 эВ. Обеспечить защиту организма от их повреждающего действия методами физической защиты в ближайшей перспективе не представляется возможным. Поэтому моделирование биологического действия космических видов излучений на ускорительных установках позволяет решать и эти важные практические задачи космической радиобиологии.

В издании представлены материалы, касающиеся формирования и развития радиобиологических исследований на ускорительных установках Института в  течение нескольких десятилетий. Они дают, как мы надеемся, достаточно ясное представление об основных направлениях работ в этой области.

ПЕРВЫЕ РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

В ОИЯИ Первые радиобиологические эксперименты в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) были начаты в далеком 1959  г. на 6-метровом протонном синхроциклотроне Лаборатории ядерных проблем (ЛЯП).

Эти исследования проводили сотрудники лаборатории радиотоксикологии и клиницисты Института гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР под руководством заведующей лабораторией профессора  Э. Б. Курляндской и директора института академика А. А. Летавета. В начале 1960 г. на территории ЛЯП была организована лабораторная база этого института, смонтирован маленький «финский» домик во дворе Лаборатории нейтронной физики рядом с теперь уже бывшим павильоном физических измерений ЛЯП (он существует до сих пор). И на этой базе начали работать первые сотрудники, постоянно живущие в Дубне, со статусом прикомандированных к ЛЯП. Перед исследовательским коллективом стояли задачи сравнительной оценки воздействия разных доз протонного и -излучений на организм экспериментальных животных. Получение такого рода данных служило  бы необходимой базой для разработки мер по снижению степени вредного влияния корпускулярных излучений на организм человека и в итоге для создания нормативов для персонала, работающего в смешанных полях ионизирующих излучений.

В те же годы в СССР возник ряд актуальных задач, связанных с началом космической эры и освоением околоземного космического пространства. Острая необходимость быстрого решения этих задач стимулировала проведение широкомасштабных радиобиологических исследований и в конечном итоге определила фронт выполняемых работ на установках ОИЯИ.

Запущенные в тот период искусственные спутники Земли и космические корабли обнаружили высокий уровень доз ионизирующих излучений в околоземном космическом пространстве. Выяснилось, что в космосе присутствуют различные виды ионизирующих излучений, имеющие сложный зарядовый и энергетический спектры. При подготовке первых полетов животных и человека в космос не было ясности в том, как будут вести себя живые организмы в условиях многокомпонентного радиационного воздействия, в том числе при  действии протонов высоких энергий, генерируемых Солнцем и исходящих из  глубин  Галактики. Решить эту задачу стало возможным в наземных условиях, облучая биологические объекты на первом в Дубне 6-метровом ускорителе протонов, генерирующем пучки протонов с энергией до 660 МэВ.

Целью данных работ являлось установление величины относительной биологической эффективности (ОБЭ) протонов высокой энергии, т. е. необходимо было установить, насколько более (или менее) эффективны высокоэнергетичные протоны по сравнению с рентгеновским или -излучением при действии на  живые организмы. При краткосрочных полетах в околоземном космическом пространстве радиационная опасность обусловлена в основном протонами, составляющими излучение радиационного пояса Земли или генерируемыми в результате хромосферных вспышек на Солнце. Наибольший вклад вносят протоны с энергиями в диапазоне 100–700  МэВ. Поэтому первоочередной задачей становилось исследование влияния протонов разных энергий на организм человека и поиск способов защиты космонавтов от их негативного влияния во время полетов.

В ходе обсуждения всей совокупности вопросов в руководящих органах страны была выработана программа исследований и пути ее реализации.

В декабре 1963 г. в Москве создан Институт медико-биологических проблем Министерства здравоохранения (ИМБП МЗ) СССР, возглавляемый академиком А. В. Лебединским, и специальное подразделение, руководимое профессором Ю. Г. Григорьевым. В Дубне при ЛЯП ОИЯИ заработала стационарная лаборатория  — филиал одного из подразделений ИМБП, которая являлась, по сути, базой для проведения работ по облучению различных биологических объектов разными видами ионизирующих излучений. На синхроциклотроне проводили эксперименты по облучению разных животных (крыс, мышей, собак и даже обезьян), растительных объектов, а также культивируемых клеток млекопитающих и человека протонами с энергиями от 25 до 645 МэВ. Группа физиков ИМБП обеспечивала выведение пучков протонов с разными энергиями и дозиметрию при облучении биообъектов, используя блоки тканеэквивалентных поглотителей.

На этом ускорителе проводили свои опыты не только сотрудники ИМБП, но и специалисты из других институтов АН СССР, АМН СССР, Минздрава СССР. В соответствии с разработанной в АН СССР программой «Интеркосмос» в этих работах широко участвовали ученые из других стран — Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Румынии, Чехословакии.

Изучались реакции разных клеточных и тканевых систем на воздействие острого, фракционированного и хронического протонного облучения.

Исследовалось также модифицирующее влияние разных видов физических и химических агентов на радиационные эффекты. Большой объем работ был выполнен по оценке радиационной опасности при кратковременных и длительных космических полетах человека, работы по установлению допустимых уровней облучения, велась разработка методов физической защиты от космической радиации и т. д.

В 1967  г. издан первый сборник статей «Биологическое действие протонов высоких энергий» под редакцией  Ю. Г. Григорьева, где были обобщены результаты исследований на синхроциклотроне ЛЯП ОИЯИ. По полученным материалам защищены многие десятки кандидатских и докторских диссертаций, написаны многочисленные статьи и монографии, посвященные этой проблеме. Анализ полученных данных по реакции клеток и тканевых систем организмов показал, что по своему воздействию протоны высоких энергий аналогичны воздействию электромагнитных видов излучений — - и рентгеновских лучей. Однако отмечено повышение относительной биологической эффективности протонов при снижении их энергии до 25 МэВ и ниже.

В условиях длительных космических полетов наибольшую опасность, как  оказалось, может представлять галактическое космическое излучение (ГКИ). Было выяснено, что ГКИ состоит из практически всех элементов, составляющих периодическую таблицу Д.

И. Менделеева. Наибольший вклад в интегральный поток тяжелых ядер ГКИ вносят ядра группы углерода и железа, ускоренные в космосе до гигантских энергий. Хотя потоки этих частиц невелики (за год полета вне магнитосферы Земли они составляют примерно 105 см–2), их повреждающее влияние на организм может быть крайне неблагоприятным. Изучение особенностей биологического действия тяжелых заряженных частиц и тем самым моделирование влияния на живые системы ядер  ГКИ можно было осуществлять в тот период на ускорителе тяжелых ионов У-300 Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Г. Н. Флёров активно поддержал обращение руководителей ИМБП — академика В. В. Парина и вскоре сменившего его академика О. Г. Газенко, и предоставил возможность проводить радиобиологические эксперименты на этом недавно запущенном в эксплуатацию ускорителе.

Надо заметить, что постановка радиобиологических экспериментов на ускорителе У-300 была непростой задачей. Энергия тяжелых ионов, генерируемых ускорителем, не превышала 10  МэВ/нуклон. Для проведения радиобиологических экспериментов была создана установка, которая позволяла транспортировать пучки ускоренных ядер в атмосферу. С ее помощью можно было осуществлять прецизионную дозиметрию частиц, и с учетом того, что пробеги ускоренных ионов в тканях живых организмов не превышали 300  мкм, пришлось разработать специальную технику приготовления биологических образцов (монослои клеток) для облучения. В экспериментах на микроорганизмах, клетках млекопитающих в культуре, тканях роговицы мелких лабораторных животных была отмечена высокая биологическая эффективность тяжелых ионов по сравнению с -лучами и протонами высоких энергий по многим тестам, в том числе по критерию индукции повреждений хромосомного аппарата клеток млекопитающих.

Помимо специалистов в области космической радиобиологии на базе ОИЯИ работала группа радиобиологов  — сотрудников Всесоюзного онкологического научного центра (ВОНЦ) АМН СССР. В 1966  г. по инициативе В. П. Джелепова на синхроциклотроне ЛЯП ОИЯИ были начаты работы по созданию первого в  СССР протонного медицинского пучка для облучения онкологических больных. Группу физиков, занимавшихся этой проблемой, возглавлял сотрудник ЛЯП О. В. Савченко, от онкологического центра работой руководил заведующий отделением лучевой терапии профессор И. И. Рудерман.

Вскоре был создан протонный пучок, на котором необходимо было провести первые предклинические радиобиологические исследования. Для этих исследований в ВОНЦ была приглашена на работу из Института гигиены труда и профзаболеваний группа сотрудников, постоянно работающих в Дубне и занимающихся исследованием биологического действия протонов высоких энергий, во  главе с  С. П. Ярмоненко (тогда еще кандидатом биологических наук). В ВОНЦ была создана лаборатория радиобиологии опухолей, сотрудники которой работали в тесном контакте с дубненской группой.

Радиобиологические исследования на протонном медицинском пучке начались в 1968 г. В экспериментах, проводимых на клеточных культурах и животных-опухоленосителях, были определены основные радиобиологические параметры протонов с энергией 180 МэВ, что дало возможность в скором времени начать лучевое лечение больных.

Следующим этапом исследований дубненских радиобиологов-онкологов было изучение биологического действия -мезонов на пучке, сформированном на том же ускорителе ЛЯП. Были получены приоритетные данные по  величине относительной биологической эффективности и кислородного коэффициента этого вида излучения, которое, как полагали, может оказаться эффективным при использовании в лучевой терапии опухолей. Впоследствии предпринимались исследования биологического действия нейтронов сверхвысоких энергий с дальним прицелом использования этого вида частиц при облучении радиорезистентных крупных опухолевых образований.

Дубненские радиобиологи работали в постоянном контакте с московскими коллегами. Исследованиями по-прежнему руководил теперь уже профессор С. П. Ярмоненко. Совместно с коллегами из Москвы проводились работы по экспериментальному обоснованию метода гипоксирадиотерапии, который был внедрен в клиническую практику лучевой терапии во многих онкологических учреждениях СССР и за рубежом.

Радиобиологические исследования на базовых установках ОИЯИ впоследствии стали успешно развиваться радиобиологами, работающими непосредственно в ОИЯИ, в созданном в 1978 г. секторе биологических исследований ЛЯП.

СОЗДАНИЕ СЕКТОРА

БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Инициатором создания сектора биологических исследований являлся доктор физико-математических наук В. И. Данилов  — руководитель отдела синхроциклотрона ЛЯП. В тот период В. И. Данилов активно развивал работы по действию магнитных полей с различными характеристиками на биологические объекты. Биологи, организованные в группу магнитных испытаний, работали по специальному наряду-заказу Министерства среднего машиностроения СССР. Проводилось изучение влияния импульсных и переменных магнитных полей на растения, бактерии и фаги, лимфоциты крови человека, нервные клетки (на модели нейронов моллюсков). Наряду с этим изучались реакции растительных объектов на экранирование геомагнитного поля Земли (ГМП). При этом использовалась сконструированная в ОИЯИ установка «Магнитный экран», обеспечивавшая ослабление ГМП в 105–106  раз.

Эти работы проводились совместно с сотрудниками Института ботаники им. Н. Г. Холодного АН УССР (Киев).

В условиях экранирования ГМП доминирующей реакцией явилась задержка прорастания семян разных видов растений и торможение роста их проростков. Было выявлено снижение пролиферативного пула клеток и увеличение общей длительности цикла их репродукции за счет удлинения отдельных фаз (в основном пресинтетической, а у некоторых растений и постсинтетической). Исследование динамики синтеза РНК и белков, доминирующего именно в этих фазах клеточного цикла, выявило снижение функциональной активности генома у всех исследованных растений в ранний пререпликативный период. Полученные результаты свидетельствовали о том, что ГМП является биологически значимым фактором, оказывающим определенное влияние на процессы транскрипции, трансляции и на пролиферативные процессы в растительной клетке.

Предварительные исследования, проведенные на клетках человека, по влиянию меняющегося во времени по пилообразному закону магнитного поля (МП) с напряженностью в максимуме 300 Э на хромосомы лимфоцитов крови человека показали, что эффективность воздействия МП существенно зависит от температуры культивирования клеток. При культивировании лимфоцитов в диапазоне температур 37–41,5 С было отмечено увеличение числа клеток с хромосомными аберрациями с ростом температур от 38,5 С и выше, особенно в случаях совместного воздействия магнитного поля и высоких температур.

С учетом полученных результатов и в целях координации работ в области биологии и медицины, а также развития новых направлений в отделе синхроциклотрона ЛЯП был создан сектор биологических исследований (приказ по ОИЯИ № 3388 от 29 ноября 1977  г.). Для руководства сектором был приглашен профессор В. И. Корогодин, а с 1986 г. сектор возглавил профессор Е. А. Красавин.

Наряду с исследованиями в области магнитобиологии в секторе начали активно развиваться радиобиологические исследования на базовых установках ОИЯИ. Основной задачей этих исследований являлось выяснение механизмов, определяющих различия в относительной биологической эффективности ионизирующих излучений с разными физическими характеристиками.

На протяжении нескольких десятилетий эта задача оставалась одной из ключевых в радиационной биологии. Несмотря на интенсивные исследования проблемы ОБЭ излучений, различающихся по линейной передаче энергии, проводимые во многих лабораториях мира, механизмы, определяющие эти различия, не были выяснены. Для объяснения закономерностей летального действия излучений, различающихся по ЛПЭ, на клетки различного происхождения были созданы многочисленные математические модели. Однако в рамках развитых представлений оказалось невозможным объяснить неоднозначную зависимость ОБЭ от ЛПЭ. Главная трудность, которая препятствовала раскрытию природы ОБЭ, заключалась в том, что ОБЭ неоднозначно определяется как чисто физическими факторами, отражающими особенности передачи энергии веществу клеток, так и различными факторами биологической природы. Несмотря на то, что двойная природа ОБЭ была понята уже давно и, более того, проделаны работы, в которых предпринимались попытки разделить физическую и биологическую составляющие в целях получения соответствующих формул для вычисления коэффициентов ОБЭ, механизмы, определяющие различия в ОБЭ ионизирующих излучений разного качества, выяснены не были. Причиной этого являлся неучет того важного факта, что биологическая составляющая сама может зависеть от ЛПЭ. На основе этого возникло ложное представление о том, что зависимость ОБЭ от ЛПЭ целиком определяется микроскопическим распределением переданной энергии излучений генетическим структурам, ответственным за реализацию радиационно-индуцированного эффекта.

В экспериментах, выполненных на ускорителях тяжелых ионов, установлено, что биологическая эффективность ионизирующих излучений разного качества по их летальному воздействию на клетки про- и эукариот определяется двумя факторами различной природы: физическими характеристиками излучений и биологическими свойствами самих клеток  — их способностью восстанавливаться от лучевых повреждений (Е. А. Красавин, С. Козубек, К. Г. Амиртаев, П. Н. Лобачевский). Главный вывод, сделанный в результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований, на основе чего была решена проблема ОБЭ, заключался в том, что способность к репарации повреждений ДНК зависит от ЛПЭ, так как характер летальных повреждений также изменяется и является зависимым от ЛПЭ.

В конце 1970-х гг. отечественными и зарубежными исследователями было установлено, что основными повреждениями структуры ДНК, приводящими клетки к гибели, являются двунитевые разрывы (ДР). Несколько позднее было также показано, что бактерии  — клетки кишечной палочки (E. coli)  — при определенных условиях погибают в результате возникновения по крайней мере одного ДР ДНК в хромосоме. С учетом выявленных фактов выдвинутое предположение об изменении характера летальных повреждений с изменением ЛПЭ излучений можно было экспериментально обосновать. Этому способствовало и то обстоятельство, что к тому времени были получены разнообразные репарационно-дефицитные мутанты клеток E. coli. Их использование позволяло исследовать влияние различных этапов репарационного процесса на особенности летального действия излучений широкого диапазона ЛПЭ.

На основе известных представлений о закономерностях индукции и репарации первичных повреждений ДНК у бактерий E. coli при облучении была разработана математическая модель лучевой инактивации бактерий. С использованием методов микродозиметрии показано, что при -облучении клеток E. coli основной тип летальных повреждений ДНК — двунитевые разрывы — возникают в процессе репарации однонитевых разрывов (ОР) ДНК и являются энзиматическими ДР ДНК. Выход прямых ДР ДНК, непосредственно индуцируемых -облучением, существенно меньший. С возрастанием ЛПЭ частиц изменяется качество ДР ДНК, связанное с увеличением выхода «комплексных»  ДР. Комплексные ДР при прохождении тяжелой частицы через нить ДНК характеризуются не только одновременными разрывами главной цепи валентности, но и повреждениями оснований в месте разрыва, повреждениями сахара. Разработанная биофизическая модель объясняла для клеток E. coli разных генотипов зависимость от ЛПЭ излучений радиочувствительности, формы кривых выживания, действия разных модифицирующих факторов. Было показано, что при -облучении величина радиочувствительности определяется эффективностью репарационных систем клеток, при действии же тяжелых заряженных частиц радиочувствительность детерминирована лишь физическими свойствами излучений. Характер зависимости радиочувствительности клеток от ЛПЭ излучений обусловливается степенью чувствительности E. coli к -облучению.

Экспериментальная проверка подтвердила все следствия разработанной модели (Е. А. Красавин, С. Козубек, К. Г. Амиртаев). Было установлено, что 1) характер зависимости радиочувствительности бактерий E. coli генетически детерминирован и определяется типом и выходом летальных повреждений, индуцируемых при -облучении; 2) зависимость радиочувствительности клеток с нормальным репарационным генотипом от ЛПЭ может описываться кривой либо с локальным максимумом, либо без максимума, в зависимости от условий, влияющих на выход ДР ДНК энзиматической природы и определяющих чувствительность клеток к -облучению; 3)  зависимость радиочувствительности от ЛПЭ мутантов с блоком медленной репарации ДНК имеет ниспадающий характер при всех значениях ЛПЭ, и коэффициенты ОБЭ излучений не превышают единицы; 4) для мутанта с эффективно работающей системой репарации характерна зависимость с резко выраженным максимумом;

5) при значениях ЛПЭ  100 кэВ/мкм имеет место нивелирование радиочувствительности всех клеточных штаммов независимо от репарационного генотипа, обусловленное индукцией прямых комплексных ДР ДНК.

Развитые модельные представления послужили основой для изучения факторов, определяющих форму кривых выживания (S) клеток E.  coli от дозы (D) излучений, различающихся по ЛПЭ. Исследования влияния факторов различной природы на форму зависимости S(D) у клеток E. coli показали, что экспоненциальный тип этой зависимости реализуется в том случае, когда в процессе репарации каждого возникающего повреждения в клетке при облучении остаются невосстановленные повреждения, подчиняющиеся пуассоновскому распределению. Угол наклона экспоненты, отражающий радиочувствительность клеток, соответствует в этом случае выходу нерепарируемых повреждений ДНК. Пределы чувствительности клеток к -облучению обусловлены выходом прямых ДР ДНК и размером чувствительной мишени.

Нелинейный (в полулогарифмическом масштабе) характер кривых выживания бактерий E.  coli может предопределяться рядом биологических механизмов, реализуемых на популяционном, клеточном и молекулярном уровнях. Наиболее существенными причинами сигмоидного характера зависимости  S(D) являются особенности репликации бактериальной хромосомы, приводящие к многокопийности генома. Наряду с фактором многокопийности в формировании плеча кривой выживания клеток с нормальным репарационным генотипом может принимать участие рекомбинационная репарация на гомологичных участках ДНК. С возрастанием ЛПЭ сигмоидные при -облучении кривые выживания бактерий E.  coli претерпевают характерные изменения, заключающиеся в уменьшении величины плеча и изменении угла наклона  — возрастании его в области промежуточных значений и постепенном его уменьшении при дальнейшем возрастании ЛПЭ. Изучение природы трансформации сигмоидных кривых в экспоненциальные с увеличением  ЛПЭ показало, что она вызывается возрастанием флуктуации энергии тяжелых заряженных частиц по чувствительным микрообъемам клеток.

Это приводит к тому, что в результате попадания тяжелой частицы в нуклеоид бактериальной клетки, содержащей несколько копий генома, одновременно инактивируются все чувствительные мишени.

Различная роль физического и биологического факторов в летальном действии излучений, различающихся по ЛПЭ, ярко проявляется в условиях влияния ряда модифицирующих факторов. Прежде всего это касается модифицирующего влияния кислорода, а также влияния радиопротекторов двух различных классов: аминотиолов и многоатомных спиртов. В рамках разработанной биофизической модели был проведен анализ закономерностей реализации кислородного эффекта у бактерий E. coli с различным репарационным генотипом, защитного влияния радиопротекторов. Показано, что многообразие проявлений кислородного эффекта у клеток с различным репарационным генотипом в различных условиях определяется выходом повреждений, не модифицируемых кислородом, и повреждений, не восстанавливаемых pol A-зависимой репарацией. Также продемонстрировано, что при действии на клетки излучений с возрастающими значениями ЛПЭ увеличивается выход таких повреждений, что обусловливает резкое снижение кислородного эффекта при облучении клеток тяжелыми заряженными частицами.

Проведенные исследования радиозащитного действия некоторых радиопротекторов (цистеамина и глицерина) свидетельствуют о том, что их защитное влияние генетически детерминировано: большинство мутаций, приводящих к повышению радиочувствительности клеток, снимает или резко уменьшает защитное влияние аминотиолов. Это связано с тем, что их радиопротекторное действие реализуется не на уровне физико-химических процессов, а на уровне ферментативных процессов репарации. Радиозащитное действие глицерина также генетически детерминировано, однако в отличие от цистеамина эта детерминированность заключается не в уменьшении или исчезновении защитного влияния радиопротекторов, а в повышении эффективности его действия в ряду штаммов E. coli: rec A-мутант – дикий тип – pol A-мутант. Аналогичная по направленности картина установлена и для кислородного эффекта. Исследования с репарационными мутантами подтвердили положение о том, что защитный эффект глицерина есть результат физико-химических процессов, обусловленный способностью протектора блокировать ОН-радикалы и снижать выход повреждений, восстанавливаемых pol A-зависимой репарацией. Установленные различия в реакции триады штаммов: rec A-мутант – дикий тип – pol A-мутант на протекторы, работающие на уровне физико-химических реакций, и протекторы, механизм действия которых связан с ферментативными процессами репарации, позволил предложить схему этих опытов для установления механизма действия радиопротекторов различных классов.

Главный вывод, который был сделан на основе исследований с клетками E. coli, заключался в том, что величина ОБЭ ионизирующих излучений с разной ЛПЭ определяется не только физическими характеристиками излучений, но и биологическими свойствами самих клеток  — их способностью восстанавливаться от лучевых повреждений. Причем способность к репарации зависит от ЛПЭ, так как характер летальных повреждений также изменяется в зависимости от ЛПЭ.

Поскольку этот вывод сделан на основе исследований, выполненных на  клетках прокариот, представлялось важным решить вопрос, справедлив ли сделанный вывод и для клеток эукариот. В экспериментах на изогенных штаммах гаплоидных дрожжей (клетках дикого типа) и радиочувствительном мутанте rad6 показано, что характер зависимости радиочувствительности клеток от ЛПЭ, так же как и для клеток прокариот, определяется генотипом клеток (П. Н. Лобачевский). В отличие от дикого штамма, у которого эта зависимость описывается кривой с локальным максимумом, для мутанта rad6 впервые был выявлен ниспадающий тип зависимости. Коэффициенты ОБЭ излучений, различающихся по ЛПЭ, у этого мутанта не превышают единицу.

Поскольку гаплоидные дрожжи в стационарной фазе не репарируют ДР ДНК и образование одного ДР в геноме таких клеток приводит к летальному событию, повышение чувствительности к -облучению гаплоидных мутантов rad6 объясняется нарушением определенных этапов в механизме репарации однонитевых разрывов ДНК. Было показано, что это обстоятельство может приводить к повышению выхода у таких клеток летальных ДР ДНК. Вследствие этого наблюдается трансформация зависимости радиочувствительности клеток от ЛПЭ с локальным максимумом в кривую ниспадающего типа. На основании проведенных исследований сделан вывод о том, что механизмы, определяющие различия в биологической эффективности у бактерий и гаплоидных дрожжей, близки между собой.

Важная роль восстановительных процессов в биологической эффективности излучений разного качества у клеток млекопитающих была выявлена в исследованиях радиочувствительности клеток китайского хомячка при облучении тяжелыми заряженными частицами широкого диапазона ЛПЭ в условиях влияния ингибиторов репаративного синтеза ДНК  — арабинозидцитозина и оксимочевины (Р. Д. Говорун, Е. А. Насонова). Механизм сенсибилизирующего влияния арабинозидцитозина в комбинации с оксимочевиной заключается в  подавлении репаративного синтеза коротких брешей в ДНК, что приводит к повышению выхода энзиматических ДР ДНК при -облучении клеток. При использовании излучений широкого диапазона ЛПЭ установлено, что в  условиях влияния этих агентов радиочувствительность клеток возрастает к  -облучению, но не к действию тяжелых заряженных частиц.

Это  обусловливает снижение коэффициентов ОБЭ тяжелых частиц при облучении клеток в присутствии ингибиторов синтеза ДНК. На основании этих исследований продемонстрировано, что, так же как и у клеток прокариот и низших эукариот, у клеток млекопитающих при действии излучений с разной ЛПЭ изменяется спектр летальных повреждений ДНК: образование ДР ДНК кластерного типа, репарация которых клетками либо невозможна, либо крайне затруднена. Анализ полученных экспериментальных данных с позиций представлений, допускающих индукцию при облучении разными типами излучений только одного типа ДР ДНК (прямых ДР), показал несоответствие таких модельных представлений и результатов экспериментов.

Проведенные исследования впервые для клеток низших и высших эукариот, так же как и для прокариот, продемонстрировали, что не только фактор физической природы  — характер энерговыделения ионизирующих излучений в генетических структурах, но и способность к репарации повреждений ДНК определяют различия в биологической эффективности излучений с разной ЛПЭ. С учетом этого был сделан вывод о том, что механизмы, обусловливающие природу ОБЭ у клеток про- и эукариот, в главных чертах близки между собой. Однако, несомненно, существенно более сложная организация генома клеток эукариот определяет и более сложные радиобиологические реакции этих клеток в ответ на воздействие излучений с разной ЛПЭ.

На основе полученных материалов об особенностях летального действия излучений разного качества на клетки с различным генотипом были спланированы эксперименты по изучению механизмов мутагенного действия излучений широкого диапазона ЛПЭ. Вопросы мутагенного действия излучений с  разной линейной передачей энергии в 1980-е гг. практически не были изучены. Хотя было известно, что на мутагенез, индуцируемый излучениями с разными физическими характеристиками, влияют факторы физической и биологической природы, не были исследованы закономерности мутационного процесса и относительная роль в нем физического и биологического факторов. Для решения этих вопросов разрабатывались математические модели летального и мутагенного действия разных типов излучений на бактерии, изучались закономерности и механизмы индукции прямых и обратных мутаций у клеток прокариот (Е. А. Красавин, С. Козубек, К. Г. Амиртаев, М. Н. Бонев, Б. Токарова). Было установлено, что дозовая зависимость частоты мутирования клеток при -облучении имеет линейно-квадратичный характер, который не меняется с ростом ЛПЭ; относительная генетическая эффективность излучений возрастает с увеличением ЛПЭ и описывается кривой с локальным максимумом. Положение максимума этой зависимости сдвинуто в область меньших ЛПЭ по сравнению с аналогичной зависимостью для летальных эффектов облучения; мутагенез, индуцированный излучениями с разной ЛПЭ, зависит от эффективности систем репарации клеток. Также установлено следующее: 1)  решающая роль в мутагенезе принадлежит индуцибельной SOSрепарации; 2) повышение генетической эффективности излучений с ростом ЛПЭ обусловлено увеличением выхода повреждений ДНК, репарируемых лишь с участием мутагенной ветви SOS-репарации; генные мутации у прокариот при прохождении треков тяжелых заряженных частиц индуцируются областью дельта-электронов; 3) различия в положении максимумов зависимости относительной биологической эффективности от ЛПЭ для мутагенных и летальных эффектов облучения предопределены разным характером повреждений ДНК; 4) в первом случае ими являются преимущественно поврежденные основания, во  втором  — двунитевые разрывы; 5)  биологическая эффективность излучений с различной ЛПЭ по индукции генных мутаций определяется особенностями микрораспределения энергии в генетических структурах, состоянием генома и эффективностью систем репарации. Влияние биологического фактора на мутагенез является зависимым от ЛПЭ.

Цикл исследований механизмов мутагенного действия ионизирующих излучений с разными физическими характеристиками на клетки с  разным  уровнем организации генетического аппарата в 1987  г. удостоен первой премии ОИЯИ.

СТАНОВЛЕНИЕ ОТДЕЛА БИОФИЗИКИ ЛЯП

Расширение спектра исследований в области радиобиологии на базовых установках ОИЯИ требовало структурной реорганизации подразделения, осуществляющего эти исследования. В 1988  г. сектор биологических исследований по инициативе начальника сектора профессора Е. А. Красавина был преобразован в отдел биофизики ЛЯП (приказ по ОИЯИ № 248 от 25 марта 1988 г.
). Одним из приоритетных направлений работы отдела биофизики в тот период являлось изучение мутагенного действия излучений на клетки высших эукариот, в том числе человека. Как было выяснено, ионизирующая радиация индуцирует наиболее широкий спектр мутационной изменчивости по сравнению с другими мутагенами. Она увеличивает частоту хромосомных аберраций, генных и геномных мутаций. Наименее изучено мутагенное действие излучений на клетки высших эукариот, в том числе человека. Хотя это явление было обнаружено еще в середине 20-х гг. XX в., оно до сих пор остается слабо изученным. И прежде всего это касается мутагенного действия разных видов ионизирующих излучений с высокой ЛПЭ, в частности, ускоренных тяжелых ионов.

Индуцированный мутагенез представляет реальную опасность для жизни и здоровья человека, поскольку вновь возникающие мутации оказывают не только непосредственное негативное воздействие, но влияют и на последующие поколения. Мутагены физической и химической природы индуцируют широкий спектр различных наследуемых повреждений, которые, по общепризнанному мнению, лежат в основе злокачественного перерождения клеток и канцерогенеза, а также возникновения в последующих поколениях наследственных заболеваний. Причем в обоих случаях биологические последствия существенно отдалены по времени от момента непосредственного действия вызывающих их повреждающих агентов.

Задача изучения мутагенного действия ионизирующих излучений, особенно на клетки млекопитающих и человека, весьма сложна и требует как широкого использования уже разработанных методов, так и создания и развития новых подходов для ее решения. К настоящему времени в распоряжении цитогенетиков имеется ряд таких методов и тест-систем (ПЦР, ПКХ, блот-анализ, FISH-техника, ряд методов анализа хромосомных нарушений), позволяющих проводить исследования по выяснению механизмов и основных закономерностей радиационного мутагенеза клеток человека и млекопитающих.

Ускорители ОИЯИ предоставляют уникальные возможности для проведения исследований в этом направлении. На пучках разных видов заряженных частиц широкого спектра энергий и ЛПЭ в отделе биофизики в тот период начали осуществляться эксперименты на культурах клеток млекопитающих и лимфоцитах периферической крови человека. Они позволили установить основные закономерности образования разных видов так называемых нестабильных хромосомных аберраций (дицентрики и кольца, некоторые виды обменов между хромосомами), выявляемых общепринятым, ставшим классическим метафазным методом анализа хромосом. Количественный анализ дицентриков используется для целей биологической дозиметрии при случайных неконтролируемых облучениях человека. Этот метод анализа также рекомендован Всемирной организацией здравоохранения для оценки состояния окружающей среды. Однако возможность оценки поглощенной дозы при этом ограничивается острым периодом послелучевого воздействия, поскольку хромосомные аберрации приводят к нарушению процессов клеточного деления и быстро элиминируются из популяции облученных клеток.

Долгое время не удавалось обнаруживать так называемые стабильные хромосомные аберрации (такие, как транслокации), которые способны длительно сохраняться в популяции облученных клеток, перенося искаженную генетическую информацию от одного поколения клеток к другому. Только разработанный метод флуоресцентной гибридизации in situ (FISH-техника) позволил выявлять такие стабильные аберрации при использовании ДНКпроб, специфичных для отдельных хромосом генома человека. Проведенные эксперименты на ускорителях протонов и тяжелых ионов с использованием этого метода позволили количественно проанализировать частоту образования транслокаций некоторых хромосом в зависимости от дозы и величины ЛПЭ излучений (протоны, ионы азота, -лучи). В настоящее время с образованием стабильных аберраций хромосом связывают инициацию ряда онкологических заболеваний, например, хронической и острой миелоидных лейкемий. Количественный учет стабильных хромосомных аберраций в клетках организма может рассматриваться и как один из надежных методов ретроспективной биологической дозиметрии при случайных неконтролируемых облучениях организма.

В отделе биофизики были проведены сравнительные исследования закономерностей индукции мутаций одного из генов (HPRT) в клетках млекопитающих в зависимости от величины инициирующей дозы излучений, в том числе тяжелых ионов, в широком диапазоне значений их ЛПЭ (Р. Д. Говорун, П. Н. Лобачевский, Н. Л. Шмакова). Облучение клеток тяжелыми ионами и  -квантами выявило высокое мутагенное действие этих видов излучений на клетки млекопитающих. Полученные данные по выживаемости клеток китайского хомячка и частоте мутаций, индуцированных -квантами и ускоренными ионами 4Не и 12С с разной величиной ЛПЭ, свидетельствовали о неоднозначном характере зависимостей индукции мутаций от дозы и ЛПЭ излучений: при -облучении кривая доза–эффект по критерию индукции мутаций имеет ярко выраженный нелинейный (степенной) характер.

Нелинейность кривых наблюдается также при воздействии тяжелых ионов с величинами ЛПЭ 20 и 50 кэВ/мкм. При более высоких значениях ЛПЭ излучений кривые индукции мутаций в зависимости от дозы модифицируются в линейные. Соответственно, кривые выживаемости являются сигмоидными и модифицируются в экспоненциальные. Результаты этих экспериментов показали, что как по выживаемости клеток, так и по мутагенному эффекту (хромосомным аберрациям и генным мутациям) максимальная биологическая эффективность имеет место при ЛПЭ излучения порядка 100 кэВ/мкм, причем по мутагенному действию ОБЭ в два раза выше, чем по выживаемости.

В этот период был выполнен большой объем радиобиологических предклинических исследований на медицинских пучках синхроциклотрона ЛЯП (Н. Л. Шмакова, Т. А. Фадеева). Для этих целей необходимо было оценить биологическое действие заряженных частиц на нормальные и опухолевые клетки млекопитающих. Такого рода исследования можно было провести на животных с перевиваемыми опухолями. Существует большое количество различных линий опухолей, которые можно прививать экспериментальным животным и изучать их реакцию на облучение, при этом оценивать степень повреждения нормальных тканей, например костного мозга, являющегося критической радиочувствительной системой при лучевой терапии. И такого рода эксперименты были осуществлены в первую очередь. Однако дать точную количественную оценку основных параметров биологического действия частиц (относительной биологической эффективности и коэффициента кислородного усиления (ККУ) в экспериментах in vivo) на целостном организме оказалось невозможно — сильно сказывалась индивидуальная радиочувствительность клеток и влияние организма в целом на реакцию опухоли. В связи с этим встала задача изучения основных биологических параметров медицинских пучков на клетках, изолированных из организма и растущих in vitro на искусственных питательных средах, т. е. на культуре клеток. Эта работа требовала сооружения специальных помещений (боксов), обеспечивающих стерильность, так как возможность бактериального заражения клеток очень велика.

В качестве основных количественных показателей при оценке биологического действия излучения использовали клоногенную способность клеток и повреждение хромосомного аппарата. ОБЭ протонов и -мезонов в пике Брэгга и на входе пучка оценивали по сравнению с действием стандартных, широко применяемых в лучевой терапии - и рентгеновского излучений.

Одной из главных проблем при проведении лучевого лечения является преодоление радиорезистентности гипоксических клеток, которые, как правило, присутствуют в опухоли из-за слабого развития сосудистой сети новообразований. При действии редкоионизирующих излучений, - и рентгеновских лучей, протонов различие в радиочувствительности оксигенированных и аноксических клеток весьма велико, и ККУ составляет 3. При действии излучений с высокой ЛПЭ величина ККУ снижается. В литературе к  тому времени отсутствовали данные о ККУ для -мезонов. Надо заметить, что определение этой очень важной для лучевой терапии величины требует значительных технических ухищрений. Необходимо сравнить радиочувствительность оксигенированных и аноксических клеток, в которых содержание кислорода не должно превысить 20–30 частей на миллион. Для этого была сконструирована специальная аппаратура для откачивания газовой смеси из сосудов, содержащих клеточные суспензии, и последующего заполнения их азотом. И хотя эта процедура осуществлялась многократно, получить ККУ 3 при -облучении не удавалось. Только заменив «сверхчистый» азот на аргон и усилив метаболическое потребление кислорода из среды путем создания высокой концентрации клеток, удалось достигнуть нужной величины 3 для -излучения и определить ККУ для -мезонов — KKУ для этих частиц оказался равным 1,7. Такие работы были выполнены впервые в мире, и позже эти данные были подтверждены американскими исследователями.

Параллельно с этими исследованиями интенсивно велись работы по использованию искусственной гипергликемии (ГГ) для повышения эффективности лучевой терапии опухолей (В. И. Корогодин, Н. Л. Шмакова, Т. А. Фадеева).

Известно, что метаболизм опухолевых клеток отличается от нормальных повышенной способностью к гликолизу, продуктом которого является молочная кислота (ее накопление приводит к самозакислению опухолей). В исследованиях на животных с привитыми опухолями и на больных с запущенными формами рака немецким исследователем фон Арденне и сотрудниками Белорусского онкологического института было показано, что в условиях искусственного повышения содержания сахара в крови значительно возрастает эффективность лучевого лечения. Общепринято было считать, что это связано с подавлением пострадиационного восстановления в условиях сниженного  рН. Однако серьезная экспериментальная база, необходимая для клинического применения метода и стабильного воспроизведения результатов, отсутствовала. Целью проводимых исследований в отделе биофизики являлось изучение клеточных механизмов ГГ. Эксперименты проводили в системе in vitro на опухолевых клетках, взятых у животных непосредственно перед опытом. Это позволяло, создавая дозированную глюкозную нагрузку и меняя уровень оксигенации, контролировать степень закисления и выживаемость опухолевых клеток. В ходе экспериментов получены весьма неординарные результаты. Было показано, что при достижении определенной степени закисления, имеющей место в условиях гипоксии, опухолевые клетки подвергаются массовой гибели без всякого дополнительного воздействия, в частности облучения. Количественные оценки свидетельствовали о том, что имеет место аддитивность (суммация) двух воздействий: гипоксические клетки погибают в результате самозакисления, а хорошо оксигенированные, слабо гликолизирующие — в результате воздействия излучения. Влияние ГГ на пострадиационное восстановление не было обнаружено. Полученные результаты подтверждены в ряде специализированных онкологических лабораторий.

Применение сосудосуживающих препаратов, дополнительно повышающих гипоксию в опухолях и усиливающих гликолиз, двукратно повышало эффективность лечения. К сожалению, эти исследования не получили дальнейшего развития, так как в результате событий начала девяностых годов распались научные коллективы, занимающиеся этими проблемами.

Наряду с радиобиологическими исследованиями на клетках высших организмов в отделе биофизики проводились многоплановые работы с клетками низших эукариот  — клетками дрожжей (В. И. Корогодин, Н. А. Колтовая, В. Л. Ильина). Этот организм, относящийся к грибам, является одним из излюбленных объектов изучения живых систем. На протяжении всей истории человек сталкивался с негативным действием разнообразных болезнетворных организмов, однако именно дрожжи были, по-видимому, первыми микроорганизмами, которые человек стал использовать для удовлетворения своих потребностей.

Хорошо известно, что одним из важных факторов, определяющих особенности реакции дрожжевых клеток на облучение, является их плоидность.

Диплоидные клетки отличаются от гаплоидных величиной радиочувствительности, формой кривой выживания, ОБЭ, проявлением мутаций, повышающих чувствительность к ионизирующим излучениям. Попытки интерпретации этих закономерностей привели к предположению о существовании у диплоидных клеток так называемой диплоидспецифической репарации повреждений. Эта проблема имеет важный общебиологический аспект. Переход от гаплоидных организмов к диплоидным в процессе эволюции привел к существенному повышению сопротивляемости генетического аппарата к различным повреждающим воздействиям внешней среды.

В отделе биофизики были проведены исследования по изучению роли факторов, обусловленных диплоидным состоянием генома, в чувствительности дрожжевых клеток с разным генотипом к действию ионизирующих излучений, различающихся по ЛПЭ. Было показано, что закономерности летального действия ионизирующих излучений разного качества на диплоидные клетки дрожжей обусловлены по крайней мере двумя диплоидспецифическими процессами: репарацией повреждений, лежащей в основе пострадиационного восстановления клеток, и процессами, определяющими «эффект дорастания». Проведенные исследования позволили сделать вывод о взаимной независимости процессов репарации и реализации радиационных повреждений. Впервые осуществлена оценка роли диплоидспецифической репарации в радиочувствительности клеток при действии излучений с высокой ЛПЭ и изучена зависимость эффективности репарационных процессов от качества излучения. Показано, что сигмоидная форма кривой выживания диплоидных клеток при действии излучений с высокой ЛПЭ обусловлена исключительно «эффектом дорастания».

В дальнейшем были продолжены работы по изучению мутагенного эффекта ионизирующей радиации на клетках дрожжей (Н. А. Колтовая). Проблема состояла в том, что определить природу мутационного повреждения довольно трудно. В процессе работы удалось подобрать такие генетические системы, которые позволяли определить точную природу мутационного события без использования дорогостоящих и трудоемких методик.

В качестве модельной системы для изучения тотального мутагенеза использовали ген CAN1, кодирующий аргининпермиазу и имеющий протяженность 1,8 тыс. пар оснований. Мутации любой природы приводят к нарушению функции гена и возникновению резистентности к антибиотику.

Для тестирования крупных перестроек использовали две тест-системы, позволяющие определять митотический кроссинговер и конверсию.

Митотическую рекомбинацию, как известно, индуцируют двунитевые разрывы. В результате рекомбинации образуются протяженные изменения генетического материала.

Для анализа микроделеций использовали возникновение реверсий у штаммов, имеющих мутации сдвига рамки считывания. Использованный в работе штамм несет вставку 4 основания в гене LYS2 и вставку 1Т в последовательность 6Т в гене HOM3.

Для оценки индукции точковых мутаций замен пар нуклеотидов использовали тестерную систему, разработанную профессором Хэмпси (Университет Луизианы).

В этой системе используется то обстоятельство, что положение 22 цистеина в  белке изо-цитохром-с является критическим. Сконстриурованы 6 штаммов, имеющих в этом положении замены пар оснований, что приводит к инактивации фермента и неспособности роста на среде с несбраживаемым источником углерода. Восстановление функциональной активности возможно только за счет истинных реверсий, восстанавливающих кодон цистеина в положении 22. Реверсии в гене CYC1 каждого из шести штаммов представляют собой одну из шести возможных замен пар оснований. Таким образом, была получена простая и надежная система, позволяющая определять происходящие в клетке изменения нуклеотидной последовательности ДНК без использования сложных молекулярных и генетических методик.

В экспериментах с данной системой наиболее подробно изучен спектр мутаций под действием -облучения. Ионизирующей радиацией наиболее эффективно индуцируются крупные перестройки, частота которых характеризуется величинами порядка  1 %. Из непротяженных мутационных событий наиболее эффективно, естественно, индуцируются мутации в гене CAN1, что отражает суммарный характер мутаций. Получена линейная кривая зависимости образования прямых мутаций в гене CAN1 от дозы при -облучении.

Анализ показал, что спектр мутаций, индуцированных -излучением, отличается от спектра спонтанных мутаций повышенной долей трансверсий АТ–ТА.

Спектр замен пар оснований совпадает у гаплоидных и диплоидных штаммов дрожжей. Максимальный вклад (более 30 %) приходится на долю транзиций GC–AT. Спектр индуцированных мутаций не зависит от дозы облучения.

Другим направлением исследований являлось изучение механизмов репарации двунитевых повреждений, индуцированных радиацией. Было выяснено, что у дрожжевых клеток существует не только медленный тип репарации двунитевых разрывов ДНК, но и быстрый тип репарации таких повреждений.

При этом показано, что и медленный тип репарации двунитевых разрывов, и быстрый тип репарации таких повреждений эффективно осуществляется только у диплоидных дрожжевых клеток.

Третьим направлением исследований являлось изучение закономерностей спонтанного мутагенеза (В. И. Корогодин, А. И. Чепурной, В. Л. Корогодина).

Для  исследований были выбраны гены, контролирующие синтез аденина и лейцина. Исходные штаммы ауксотрофны и не способны расти на среде без добавки соответствующего продукта. Реверсии к прототрофности могут происходить двумя путями: путем образования обратных мутаций в гене, контролирующем его синтез, и путем прямых мутаций в генах-супрессорах.

В специальных опытах было установлено, что в условиях, при которых активность гена подавлена, этот ген образует мутации с частотами, на два порядка меньшими, чем в условиях, когда он активно работает. В то же время гены-супрессоры, активность работы которых не зависит от наличия в среде аденина, в обоих случаях мутируют примерно с одинаковыми частотами.

Таким образом, в отделе биофизики были проведены многоплановые радиобиологические исследования на базовых установках ОИЯИ. После успешного проведения работ по ускорению тяжелых ядер до релятивистских энергий на синхрофазотроне ЛВЭ и начала физических экспериментов на новом ускорителе этой лаборатории были спланированы радиобиологические эксперименты на пучках высокоэнергетичных тяжелых ионов. Проведение таких работ требовало специальных спектрометрических и дозиметрических исследований пучков релятивистских тяжелых ядер. Большим опытом в данной области обладали сотрудники отдела радиационных исследований и радиационной безопасности ОИЯИ. Дирекция ОИЯИ  — В. Г. Кадышевский и А. Н. Сисакян — поддержали инициативу начальника отдела биофизики ЛЯП профессора Е. А. Красавина об объединении отдела биофизики ЛЯП и отдела радиационных исследований и радиационной безопасности ОИЯИ в новое структурное подразделение Института — Отделение радиационных и радиобиологических исследований (приказ № 270 от 27 апреля 1995 г.).

ОТДЕЛЕНИЕ РАДИАЦИОННЫХ

И РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОИЯИ

Основными задачами созданного Отделения радиационных и радиобиологических исследований (ОРРИ) являлось проведение радиационных и радиобиологических исследований в следующих главных направлениях:

— продолжение исследований закономерностей и механизмов генетического действия ионизирующих излучений с разными физическими характеристиками;

— проведение исследований взаимодействия излучений с веществом и разработка методов радиационного мониторинга;

— исследование радиационной обстановки в подразделениях Института с целью контроля за обеспечением радиационно-безопасных условий труда в ОИЯИ в соответствии с нормами и правилами работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений, действующими в стране местонахождения Института;

— разработка и участие в создании систем радиационного контроля на вновь создаваемых и реконструируемых (модернизируемых) ядерно- и радиационно опасных установках и участках ОИЯИ.

Для реализации основных задач ОРРИ выполняло функции по созданию необходимой аппаратуры для радиационных и радиобиологических исследований, радиационному мониторингу, проведению экспериментов, обработке экспериментальных данных, теоретическим разработкам в области моделирования взаимодействия излучений с веществом.

В области радиобиологии были продолжены ранее начатые исследования мутагенного действия излучений широкого диапазона ЛПЭ. В экспериментах на бактериальных клетках специалистами изучены закономерности и механизмы индукции структурных (делеционных) мутаций (А. В. Борейко).

Эта  задача является весьма актуальной, поскольку при решении вопросов нормирования лучевых нагрузок от излучений разного качества на персонал, работающий в смешанных полях ионизирующих излучений, решения проблемы обеспечения радиационной безопасности экипажей при длительных космических полетах, других важных практических вопросов весьма важно не только иметь информацию о суммарном выходе различного рода мутаций в облученных клетках, также исключительный интерес представляют сравнительные данные о частоте образования как генных, так и структурных мутаций. Исследование дозовых зависимостей выхода точковых и хромосомных мутаций при действии ионизирующих излучений в широком диапазоне ЛПЭ у клеток высших эукариот является весьма сложной проблемой, требующей привлечения сложных молекулярно-биологических методов, выполнения большого объема работ. Получение такого рода информации значительно облегчается в экспериментах на клетках прокариот. При  использовании ускоренных тяжелых ионов было показано, что частота образования делеционных мутаций линейно возрастает с дозой всех видов излучений, и наибольшей эффективностью по частоте индукции делеционных мутаций обладают ионы с ЛПЭ, равными 60–80 кэВ/мкм. Это обстоятельство свидетельствовало о разном характере повреждений ДНК, лежащих в основе возникновения генных и делеционных мутаций. В первом случае ими являются кластерные повреждения одной нити ДНК, во втором — двунитевые разрывы ДНК.

В экспериментах на дрожжевых клетках были исследованы механизмы адаптивного и индуцированного мутагенеза (В. И. Корогодин, Н. А. Колтовая, В. Л. Корогодина, А. И. Чепурной). В течение ряда лет в литературе шли активные дебаты по поводу природы адаптивных мутаций у микроорганизмов.

Первоначально адаптивные мутации (направленные мутации) определили как мутации, возникающие только в присутствии селективного давления или в  медленно растущих клетках в стационарной фазе. Однако на клетках бактерий было показано, что и неселективные мутации могут возникать с  неожиданно высокой скоростью. Позднее выяснилось, что голодание вызывает повышение частоты как селективных, так и неселективных маркеров.

Согласно развитым в ОРРИ представлениям так называемые адаптивные мутации не являются адаптивными, а возникают в результате переходного гипермутабильного состояния клеток в условиях стресса: мутации, имеющие преимущество, немедленно отбираются, а другие мутанты быстро гибнут.

В Отделении совместно со специалистами Университета в Перуджи (Италия) проводились работы по изучению генетического контроля мутагенеза в условиях голодания, на которые дрожжевые клетки отвечают остановкой деления и вступлением в стационарную фазу роста. Эти исследования тесно связаны с  изучением генетического контроля остановки клеточного цикла при получении повреждений ДНК. В последние годы становится более очевидной взаимосвязь различных компонентов интегрального клеточного ответа на повреждения ДНК, обеспечивающего стабильность и целостность генома. Была  показана связь механизмов контроля клеточного цикла и механизма репарации повреждений ДНК. Этот механизм (checkpoint-контроль) позволяет клеткам выживать и поддерживать генетическую стабильность и регулируется checkpoint-генами. Считается, что нарушение checkpoint-путей, приводящее к увеличению мутабильности и геномной нестабильности, имеет важное значение на ранних стадиях карценогенеза.

Разветвленная схема генетического контроля регуляции прохождения и остановки клеточного цикла нуждалась в интенсивных исследованиях.

В ОРРИ совместно с Институтом молекулярной генетики РАН (Москва) проводились исследования генетического контроля checkpoint-путей и их влияния на чувствительность клеток к повреждающему действию радиации.

Анализ взаимодействия генов RAD9, RAD17, RAD24, RAD53 и CDC28 показал, что гены RAD9, RAD17 и RAD24 относятся к одной ветви пути, определяющей чувствительность к -излучению, хотя гены RAD9 и RAD24 относятся к различным ветвям, определяющим чувствительность к УФ-лучам и MMS, и регуляции остановки клеточного цикла. Протеинкиназы RAD53 и CDC28 эпистатичны по отношению к гену RAD9, но, скорее всего, относятся к различным ветвям, определяющим радиочувствительность. По литературным данным гены СDС28 и RAD53 относятся к одной ветви, определяющей остановку клеточного цикла. Полученные данные указывают на несовпадение путей регуляции остановки клеточного цикла и радиочувствительности.

Эти данные свидетельствуют о том, что гены многофункциональны и их участие в интегральном ответе не сводится к остановке клеточного цикла, некоторые из них принимают участие и в репарационных процессах.

Широкомасштабные цитогенетические исследования после создания ОРРИ были начаты на клетках млекопитающих и человека (Р. Д. Говорун, Н. Л. Шмакова, И. В. Кошлань, М. В. Репин, Н. В. Кошлань, Т. А. Фадеева).

Мутагенное действие излучений с высокой ЛПЭ на клетки высших эукариот, как уже отмечалось, изучено весьма слабо. Основными направлениями исследований в этой области, которые были сформулированы специалистами Отделения, являлось продолжение изучения закономерностей индукции мутации в HPRT-гене клеток млекопитающих при действии ускоренных тяжелых ионов, исследование цитогенетических характеристик HPRT-мутантных субклонов, выращенных из одиночных клеток, сохраняющих возникшие в них HPRT-мутации в последующих поколениях, изучение хромосомных нарушений (нестабильных и стабильных хромосомных аберраций) в лимфоцитах человека при действии тяжелых заряженных частиц, исследование цитогенетических эффектов малых доз облучения.

Облучение клеток тяжелыми ионами и -квантами выявило высокое мутагенное действие этих видов излучений на клетки млекопитающих. Величина ОБЭ для исследованных тяжелых ионов по отношению к действию -квантов описывается кривой с локальным максимумом при ЛПЭ 80–100  кэВ/мкм.

Было сделано интересное наблюдение, которое касается области ЛПЭ излучений около 20 кэВ/мкм, где наблюдался некоторый сдвиг кривой по выходу мутаций к несколько повышенным значениям ОБЭ по сравнению с тестами инактивации клеток и образования хромосомных аберраций. Ранее в исследованиях на бактериях было продемонстрировано, что максимум зависимости ОБЭ от ЛПЭ излучений по мутагенному эффекту был существенно сдвинут в область меньших значений ЛПЭ и соответствовал 20 кэВ/мкм, в то время как максимальные значения ОБЭ тяжелых ионов по летальному действию наблюдались при 80–90 кэВ/мкм. Это обстоятельство определялось разным характером молекулярных повреждений, лежащих в основе индуцируемых мутаций и леталей: мутации у бактерий являются в подавляющем большинстве генными и связаны главным образом с повреждениями оснований, летальный же эффект определяется индукцией двунитевых разрывов ДНК. Полученный в исследованиях на клетках млекопитающих аналогичный характер зависимостей ОБЭ от ЛПЭ излучений по тестам индукции мутаций, хромосомных аберраций и инактивации клеток может указывать на то, что в основе повреждений, приводящих к таким эффектам в клетках млекопитающих, лежат одни и те же события — ДР ДНК. Сдвиг кривой зависимости ОБЭ от ЛПЭ излучений в области значений ЛПЭ 20 кэВ/мкм по индукции мутаций в клетках млекопитающих по сравнению с летальным эффектом определяется повышением вклада точковых мутаций, а при более высоких ЛПЭ излучений превалируют мутации генов, связанные с возникновением разных типов делеций. Аналогичный характер кривых зависимостей ОБЭ от ЛПЭ по этим трем тестам может служить свидетельством того, что в основе этих эффектов в клетках млекопитающих лежат одни и те же повреждения, а именно ДР ДНК. Ими обусловливается возникновение в клетках хромосомных аберраций и таких мутаций, как макро- и микроделеции генов в ДНК.

В предположении, что мутационный процесс в клетках млекопитающих может сопровождаться нарушением структурной целостности хромосомного аппарата и проявляться в хромосомной нестабильности клеток, предприняты исследования по выделению одиночных мутантных колоний, из которых были выращены субклоны и проведен их цитогенетический анализ (Р. Д. Говорун, И. В. Кошлань). При цитогенетическом анализе наблюдалась гетерогенность спонтанных и радиационно-индуцированных HPRT-мутантных субклонов по исследованным цитогенетическим показателям (митотической активности, анеуплоидии, уровню хромосомных аберраций). Как показали исследования, последствия мутационных событий проявились в возникновении геномной (по числу хромосом в клетках) и хромосомной (по уровню аберраций хромосом) нестабильности в популяциях потомков мутантных клеток.

При выявлении и селекции мутантных субклонов было отмечено появление мутантов с замедленным ростом по сравнению с интактным контролем. Замедление роста многих мутантных субклонов в селективной среде могло определяться возникновением мутаций гена, приводящих к снижению активности фермента или синтезу меньшего количества нативного фермента. В  этих случаях жизнеспособность мутантной популяции могла обеспечиваться только за счет клеток, не успевающих в течение клеточного цикла утилизировать пуриновый аналог.

Критериями оценки мутантных субклонов по числу хромосом в клетках являлись модальное число хромосом и процентное содержание клеток с такой модой. Анализ спектров хромосом выявил выраженную анеуплоидию вплоть до полной плоидии. Среди субклонов преобладали образцы с модальным числом, равным 21 или 22 хромосомам. Доля диплоидных мутантов с модальным числом хромосом составляла, как правило, 70 % и более, доходя до 100 %.

Доля клеток с такой модой в образцах существенно варьировалась. Для спонтанных мутантов она находилась в пределах 50–80 % и практически не отличалась от контроля. Радиационно-индуцированные мутанты были особенно гетерогенными по спектрам хромосом.

Для объяснения явления хромосомной нестабильности Р. Д. Говорун и И. В. Кошланем была выдвинута «метаболическая гипотеза». Как известно, у  клетки есть два пути синтеза пуриновых нуклеотидов: синтез de novo (строится поэтапно на рибозо-5-фосфате) и синтез из готовых продуктов.

Второй путь для клетки энергетически более выгоден. Он осуществляется при синтезе нативного hprt-фермента. При мутациях в HPRT-локусе, сопровождающихся прекращением синтеза фермента, образование пуриновых нуклеотидов должно идти по пути de novo. В случае синтеза фермента со сниженной активностью или при синтезе недостаточного количества нативного фермента в клетке появляются условия для конкуренции обоих путей. Возникает ситуация, приводящая к нарушению равновесия в метаболизме клетки, когда клетка включает необходимую машинерию для синтеза ДНК с участием hprt-фермента, но он недостаточно функционален и не успевает поставлять необходимые нуклеотиды. Это приводит к метаболическому дисбалансу, что служит сигналом для включения механизмов поиска равновесия, и в результате нехватки пуриновых оснований при застройке цепей ДНК включается путь синтеза de novo. Вероятно, такое неустойчивое состояние может сопровождаться хромосомной нестабильностью как этапом в поиске равновесия и адаптации к изменившимся условиям существования. В итоге формируются мутантные субклоны с повышенным по сравнению с контролем выходом хромосомных аберраций.

Из этого следует, что для выживания мутантных клеток более благоприятным будет полное прекращение синтеза фермента (в случае полной или крупной делеции гена), чем синтез фермента со сниженной активностью. В то же время появление и сохранение мутантных клеток в организме приводит к развитию патологических процессов. В настоящее время структурные хромосомные аномалии, затрагивающие определенные гены, привлекают повышенное внимание исследователей, поскольку становится все более очевидной их роль в патогенезе ряда опухолевых заболеваний у человека, в частности в развитии лейкемий. С точки зрения «метаболической гипотезы» становится понятным механизм нестабильности хромосом у потомков мутантных клеток. Мутации передаются из поколения в поколение и тем самым снимается вопрос о консервации инициирующего события в последующих поколениях мутантных клеток.

Большой объем работ выполнялся по изучению закономерностей индукции разными типами излучений нестабильных и стабильных хромосомных аберраций в клетках человека (Р. Д. Говорун, М. В. Репин). Для общего числа хромосомных аберраций была выявлена степенная зависимость эффекта от  дозы редкоионизирующих излучений (протонов и -квантов). Она модифицируется в  линейную при воздействии тяжелых ионов. Однако наблюдается снижение эффектов при воздействии высоких доз таких излучений, что является следствием существенной задержки митозов, особенно тяжело поврежденных клеток с множественными аберрациями хромосом.

В исследованиях, проведенных в ОРРИ, были использованы ДНК-пробы, специфичные для хромосом 1 и 2 генома лимфоцитов человека. Эти хромосомы являются наиболее крупными в геноме человека, и их повреждения могут происходить с большей вероятностью при воздействии такого неблагоприятного фактора, как ионизирующие излучения. С помощью FISH-анализа выявлена высокая частота образования таких стабильных аберраций этих хромосом, как транслокации. Коэффициенты ОБЭ излучений с ЛПЭ, равными 80 кэВ/мкм, достигали значения 3 и более.

Обширные исследования на клетках млекопитающих были проведены по определению цитогенетических эффектов малых доз облучения (Н. Л. Шмакова, Т. А. Фадеева). Как известно, оценка биологического действия малых доз ионизирующего излучения является необходимым условием для прогнозирования генетического и канцерогенного риска облучения человека.

Беспороговая линейная концепция как наиболее «гуманная», предполагающая опасность любого, даже самого малого облучения, является официально признанной и положена в основу рекомендаций МКРЗ. Однако экспериментальные данные, полученные в последние годы, вступают в явное противоречие с этой концепцией и свидетельствуют о неправомочности линейной экстраполяции эффектов с высоких доз на низкие. При оценке эффектов биологического действия малых доз излучения, как правило, регистрируется частота цитогенетических повреждений, а  именно, индукция хромосомных аберраций (ХА) и микроядер (МЯ) в клетках разного типа, характеризующаяся четкой количественной зависимостью в широком диапазоне доз. Универсальной особенностью дозовых кривых, хорошо воспроизводимой на разных объектах, является наличие дозонезависимого участка, расположенного в диапазоне 0,1–0,5 Гр.

В экспериментах, выполненных на лимфоцитах периферической крови человека, на асинхронной и синхронизированной популяции клеток китайского хомячка линии V-79 и клетках меланомы человека линии BRO, было показано, что зависимости количества клеток с хромосомными аберрациями от дозы облучения имеют сходный ярко выраженный нелинейный характер.

При облучении в диапазоне 0–0,05  Гр (лимфоциты), 0–0,1  Гр (клетки меланомы) и 0–0,2 Гр (клетки китайского хомячка) количество хромосомных повреждений резко возрастает по сравнению с контрольным уровнем (диапазон гиперчувствительности, ГЧ), затем значительно снижается, переходя в дозонезависимый участок. При дозах выше 0,5  Гр резистентность клеток повышается (индуцированная резистентность, ИР) и дозовая зависимость приобретает линейный характер. Наклон кривых при переходе от ГЧ к ИР снижается в 2–3 раза для клеток китайского хомячка и меланомы и в 5–10 раз для лимфоцитов человека в зависимости от используемого метода анализа  ХА.

Аналогичные кривые доза–эффект получены при облучении лимфоцитов от других доноров рентгеновскими лучами. Исследование частоты различных типов аберраций в лимфоцитах человека после -облучения свидетельствует о том, что ГЧ обусловлено в основном увеличением числа аберраций хроматидного типа, которые превалируют при дозах ниже 0,5 Гр.

Исследование природы феномена ГЧ/ИР, проведенное на клетках китайского хомячка и меланомы человека, позволило установить, что форма кривой доза–эффект, показанная на асинхронной популяции клеток китайского хомячка по  индукции хромосомных аберраций, хорошо воспроизводится на синхронизированных клетках, облученных в фазе G1 клеточного цикла.

Это  свидетельствует о  том, что ГЧ обусловлена высокой радиочувствительностью популяции в целом в узком диапазоне малых доз и не связана с гибелью фракции клеток, находящихся в момент облучения в радиочувствительной фазе клеточного цикла. С ростом дозы облучения все клетки становятся более радиорезистентными, как можно предполагать, вследствие индукции процессов репарации. Таким образом, наиболее вероятное объяснение нелинейности кривой доза–эффект и перехода от ГЧ к ИР состоит в том, что при определенном уровне повреждения клеток запускаются индуцибельные репарационные системы. Следствием этого является уменьшение радиочувствительности клеток и наклона кривых. Сопоставление дозовых зависимостей индукции хромосомных аберраций у клеток китайского хомячка и меланомы человека дает основание полагать, что индуцибельные системы репарации клеток меланомы включаются при меньших дозах и работают более эффективно, чем у клеток китайского хомячка.

В течение длительного периода совместно с радиохимиками ЛЯП В. А. Халкиным и Ю. В. Норсеевым в Отделении проводились исследования биологического действия астата-211 и возможности его применения в  мишенной терапии рака (Н. Л. Шмакова, П. В. Куцало, Т. А. Фадеева).

В  самых ранних опытах была показана возможность излечения асцитных форм рака с помощью астата-211, адсорбированного на частицах теллура. Эти первые результаты побудили к поиску методов мишенного воздействия -излучателей на  одну из самых агрессивных форм злокачественных новообразований — меланому, характеризующуюся ранним и обширным метастазированием. Именно для борьбы с микрометастазами наиболее целесообразно мишенное воздействие астата-211, при распаде которого образуются

-частицы с длиной пробега 60 мкм, что составляет несколько клеточных диаметров. В качестве средства, обеспечивающего доставку радионуклида к опухолевым клеткам, использовали полициклическое соединение, известное в  медицине под названием метиленовый синий  (МС) и характеризующееся высокой связывающей способностью с меланином опухолевых клеток. В системе in vitro на клетках меланомы человека и нормальных непигментированных клетках показано избирательное накопление соединения астат-211–МС в меланинсодержащих опухолевых клетках, что вызывало в 15–20 раз более сильное поражение клеток меланомы по сравнению с нормальными клетками. На основе МС был получен препарат йод-131–МС, который показал высокую эффективность для визуализации меланомы и ее метастазов на животных с привитыми опухолями.

В последующем в ОРРИ были сформированы два самостоятельных сектора: фотобиологии (М. А. Островский) и компьютерного молекулярного моделирования (Х. Т. Холмуродов). В секторе фотобиологии начались исследования молекулярных фото- и радиобиологических процессов в структурах глаза (сетчатке и хрусталике). Постановка такого рода задач явилась новым шагом в развитии биофизических исследований в ОИЯИ. Указанные разработки осуществлялись под руководством академика РАН М. А. Островского.

Актуальность исследований обусловлена прежде всего необходимостью решения задач космической радиобиологии, поскольку в условиях длительного космического полета возникновение катаракты весьма вероятно. В связи с этим исследование воздействия тяжелых частиц на агрегацию белков хрусталика (кристаллинов) и механизмов такой агрегации представлялось актуальной задачей. Были начаты исследования повреждающего действия тяжелых частиц на зрительный пигмент родопсин и на функциональное состояние сетчатки глаза.

В связи с появлением высокоэффективных компьютеров (суперкомпьютеров и специализированных кластеров, таких как система MDGRAPE-2) и программных пакетов многоцелевого назначения, например, DL_POLY, AMBER и CHARMM, возникли реальные возможности применения методов компьютерного молекулярного моделирования (МД) в физико-химических и биологических системах. Одним их важных аспектов применения методов  МД являлись расчеты конформационных изменений белков и определение их пространственной структуры с высокой точностью. В секторе молекулярной динамики были начаты теоретические исследования, касающиеся моделирования белкового окружения различных изомеров ретиналя. К ним относятся исследования хромофорной группы в составе ретинальсодержащих белков, в первую очередь 11-цис-ретиналя.

Радиационные исследования. В период, предшествующий формированию ОРРИ, работы по радиационным исследованиям в ОИЯИ велись в отделе радиационной безопасности (с 1975  г.  — отдел радиационной безопасности и радиационных исследований). Как известно, 50–60-е гг. прошлого века были временем бурного развития ускорителей частиц как важнейшего инструмента экспериментальной ядерной физики. Непрерывно росли энергии ускоренных частиц и токи выведенных из ускорителей пучков. ОИЯИ с момента своего образования складывался преимущественно как крупнейший ускорительный центр. Запуск реактора ИБР-30 (а в последующем и реактора второго поколения ИБР-2) не изменил кардинально ситуацию, поскольку основу базовых установок ОИЯИ составляют ускорители различных типов, перекрывающих диапазон ускоренных частиц по массе в широком диапазоне и по энергии от нескольких МэВ до 10 ГэВ.

Дозиметрия как научная дисциплина и как практика формировалась в первую очередь из-за необходимости обеспечения радиационной безопасности персонала, работающего на предприятиях ядерного топливного цикла.

В масштабах страны численность работников, облучающихся в полях излучений на ускорителях, составляла очень малую долю от общего числа работающих в  радиационно опасных условиях. С другой стороны, сложность и разнообразие полей излучения на ускорителях, а также необходимость разработки специфических средств измерений характеристик полей излучения привели к тому, что физика защиты и дозиметрия на ускорителях стала выделяться, по существу, в отдельную область физического знания. ОИЯИ в смысле возможностей для выполнения таких исследований является и по сей день уникальным центром. По этой причине бльшая часть научных исследований ОРБ ОИЯИ с самого момента его образования в 1963 г. (возглавил отдел М. М. Комочков) была связана с физикой защиты ускорителей, и эта специфика определила направленность как научных, так и практических работ на долгое время. Начало формированию этого направления было положено в 50-х гг.

прошлого века в связи с вводом в эксплуатацию ускорителей на средние энергии (Cosmotron в Брукхейвене, Bevatron в Беркли, синхроциклотрон в Дубне).

К тому времени относятся первые экспериментальные работы по исследованию защитных свойств материалов, ослаблению высокоэнергетичного излучения в защите и т. д. Тогда еще не были сформированы теоретические подходы для надежного расчета транспорта излучения через массивную защиту, и для прогнозирования радиационной обстановки на ускорителях использовались эмпирические и феноменологические методы расчета защиты. Крайняя ограниченность экспериментального материала по развитию межъядерного каскада в объеме защиты стимулировала постановку экспериментов по физике защиты на ускорителях. В Беркли, ОИЯИ и позднее в ЦЕРН и ИФВЭ был выполнен значительный объем экспериментальных исследований, связанных большей частью с получением и уточнением эмпирических констант для выполнения расчетов в различных геометриях (т. е коэффициентов, описывающих накопление излучения в первых слоях вещества и его ослабление с ростом толщины защиты). На синхроциклотроне и синхрофазотроне ОИЯИ в 1960– 1970-е  гг. М. М. Комочковым, В. Н. Лебедевым, В. Е. Алейниковым проведен цикл комплексных исследований полей излучения как за защитами ускорителей, так и в окружающей их среде. Уже на раннем этапе исследований выяснилась особая роль нейтронов как наиболее проникающего компонента вторичного излучения. Именно нейтроны широкого спектра энергий определяют при работе ускорителей дозу облучения за защитами у персонала и физиковэкспериментаторов.

С целью изучения механизма формирования полей рассеянного нейтронного излучения за защитами на синхроциклотроне и синхрофазотроне ОИЯИ были выполнены модельные эксперименты по прохождению вторичных высокоэнергетичных нейтронов, генерируемых в физических мишенях пучками протонов, через локальные защиты из различных материалов. Трудность заключалась также в том, что для исследований характеристик полей рассеянного излучения за защитами пришлось разрабатывать и специфические методики измерений параметров полей. Был создан многосферный спектрометр нейтронов с широчайшим энергетическим диапазоном, радиометры высокоэнергетичных нейтронов на основе жидкого и пластического сцинтилляторов, дозиметр нейтронов (бэрметр), рекомбинационная ионизационная камера (автор изобретения М. Зельчинский), создана градуировочная линейка для целей метрологического обеспечения измерений и  т. д. Развивались и методики прогнозирования радиационной обстановки на ускорителях.

Так, Б. С. Сычевым был создан метод расчета защит от нейтронного излучения на основе решения системы интегрально-дифференциальных (кинетических) уравнений переноса излучений в веществе, а М. М. Комочковым, В. Н. Лебедевым и Л. Н. Зайцевым разработана методика инженерных (полуэмпирических) оценок дозы и флюенса нейтронов за защитами.

Весьма сложная проблема заключалась также в создании переносного индивидуального дозиметра, который был бы способен обеспечить корректное измерение дозы человека в полях многокомпонентного (нейтроны, -кванты, заряженные частицы) рассеянного излучения широкого энергетического спектра. Выпускавшиеся отечественной промышленностью индивидуальные дозиметры были непригодны для использования в полях излучений на ускорителях. Большая заслуга в разработке комбинированного дозиметра -квантов и нейтронов на основе эмульсии типа МК-20 и рентгеновской пленки (кассета ИФКн) принадлежала М. И. Салацкой (руководителю группы индивидуального дозиметрического контроля в ОРБ в тот период). Данный тип индивидуального дозиметра неоднократно участвовал в международных сличениях и подтвердил адекватность своих показаний эквивалентной дозе облучения.

Исследовались возможности использования и других типов радиационных детекторов для измерения индивидуальной дозы человека, в частности, термолюминесцентных детекторов на основе LiF.

Опыт организации радиационного контроля на ускорителях, приобретенный ОРБ, был, по существу, уникален в СССР, и по этой причине основу отдела радиационной безопасности в ИФВЭ на новом ускорителе У-70 составили переехавшие из Дубны в Протвино сотрудники ОРБ ОИЯИ. Благодаря этому, а также общности решаемых проблем сотрудничество и контакты между двумя аналогичными подразделениями ОИЯИ и ИФВЭ были и остаются самыми тесными и плодотворными.

Дальнейшие радиационные исследования в 1970–1980-х  гг. связывались главным образом с накоплением экспериментальных данных и одновременным развитием расчетных методик транспорта излучений через защиту.

Развитие физики защиты виделось в тесной связи экспериментальных и теоретических исследований, которая питала уверенность в надежности прогнозирования ситуаций на проектируемых установках со все большими мощностями пучков и энергиями ускоренных частиц. Однако большое число накопленных к тому времени экспериментальных данных о характеристиках полей излучения на ускорителях не могло быть использовано для проверки адекватности расчетных методик и имело, по существу, эмпирический характер. Стала очевидной необходимость постановки базовых (benchmark) экспериментов по физике защиты, выполненных в простых (идеализированных), но вместе с тем типичных для ускорителей геометриях, обладающих всей полнотой исходной информации, необходимой для адекватных расчетов. Принципиально важным было также детальное знание характеристик источников излучения (source term), особенно для ускорителей тяжелых ионов из-за практического отсутствия данных об образовании вторичных нейтронов в ядро-ядерных взаимодействиях. Такие базовые эксперименты были выполнены за защитой синхроциклотрона ЛЯП и на пучках релятивистских частиц синхрофазотрона ЛВЭ. В экспериментах на синхроциклотроне Г. Н. Тимошенко впервые исследовал двойные дифференциальные по углу и энергии выходы заряженных частиц из защиты, экспериментально оценил вклад заряженного компонента в полную дозу и флюенс излучения. Для этих исследований был создан малогабаритный dE/dx-спектрометр заряженных частиц и выполнена его градуировка на пучке фазотрона ЛЯП по протонам упругого p- p -рассеяния. С помощью созданной системы датчиков для измерений угловых распределений заряженных частиц исследованы закономерности формирования полей излучения в различных геометриях за защитами фазотрона и синхрофазотрона.

В сравнительных экспериментах на пучках протонов, альфа-частиц и ядер 12С с энергиями 3,65 ГэВ/нуклон получены исходные данные по выходам вторичных заряженных частиц из толстых Cu- и Pb-мишеней. В 1984 г. методом времени пролета впервые измерены спектры вторичных нейтронов с энергией более 10 МэВ под различными углами при взаимодействии релятивистских ядер 12С с толстой медной мишенью. Эти результаты были использованы для проверки расчета транспорта частиц в веществе, а также для прогнозирования радиационной обстановки при проектировании КУТИ и нуклотрона. Для расчета защит на ускорителях ядер А. Р. Крыловым разработаны программы моделирования межъядерного каскада в толстых мишенях на основе модели ядро-ядерных взаимодействий «файерстрик» и программа расчета транспорта нейтронов в защите с помощью решения системы кинетических уравнений. Степень достоверности расчетов полей вторичного и рассеянного излучения оценивалась в ряде экспериментов, в частности, в базовом эксперименте по физике защиты, выполненном Г. Н. Тимошенко за относительно тонкой ловушкой пучка ядер 12С с энергией 3,65 ГэВ/нуклон на синхрофазотроне ЛВЭ.

Большой вклад в поддержку физических измерений внес В. П. Бамблевский, освоивший активационную методику и создавший набор низкофоновых гамма-спектрометров для измерения активности детекторов.

Особое внимание уделялось развитию спектрометрии нейтронов широкого диапазона энергий как базового метода исследований радиационной обстановки и измерения мощности дозы нейтронов. Восстановление спектров нейтронов по показаниям многосферного спектрометра относится к классу обратных задач, а именно, к отысканию неизвестной причины по ряду известных. На ранней стадии исследований спектрометрии нейтронов для обеспечения единственности решения уравнений задавалась очень «жесткая» априорная информация о характере искомого решения. Позже при восстановлении спектров стал использоваться метод статистической регуляризации, разработанный в 1970-х  гг. академиком А. Н. Тихоновым, требующий задания минимальной априорной информации. Была создана программа восстановления спектров нейтронов по показаниям различных модификаций многосферного спектрометра (с активным детектором тепловых нейтронов и с активационными детекторами).

В дальнейшем методика восстановления спектров нейтронов совершенствовалась в  направлении расширения рабочего диапазона спектрометра в область высоких энергий нейтронов (сотни МэВ), а также повышения точности расчета функций чувствительности и их экспериментальной проверки. Так, еще в начале 1980-х гг. на пучках ИБР-30 и нейтронного генератора были выполнены экспериментальные измерения функций чувствительности многосферного спектрометра и других нейтронных детекторов, использовавшихся в оперативном радиационном контроле. Тем не менее в силу ряда особенностей многосферный спектрометр малоинформативен в области высоких энергий нейтронов, что во многом ограничивало его применимость при измерениях в жестких полях излучения за защитой фазотрона и синхрофазотрона. Для решения этой задачи Г. Н. Тимошенко и А. Р. Крылов предложили оригинальный метод спектрометрии нейтронов высокой энергии в полях рассеянного излучения, обладающий высокой чувствительностью. На основе этого метода был создан новый тип спектрометра нейтронов, рассчитаны его функции чувствительности и выполнена градуировка прибора. С его помощью был выполнен большой объем измерений «жестких» спектров нейтронов в реальных полях за защитами ускорителей ОИЯИ и проведена корректировка показаний стационарных нейтронных датчиков радиационного контроля непосредственно на рабочих местах. Высокая чувствительность данного спектрометра к нейтронам позволила также измерить спектр космических нейтронов с энергией более 20 МэВ на поверхности земли. В дальнейшем развитие нейтронной спектрометрии заключалось в совершенствовании расчетов чувствительностей многосферного спектрометра на основе современных транспортных МК-программ (MCNP), включении в  состав набора спектрометра гетерогенных сфер и накоплении опыта восстановления спектров нейтронов по показаниям активационных детекторов.

Многосферный спектрометр впервые использовался и для исследования полей вторичных нейтронов вокруг толстой мишени, облучаемой протонами с энергией 660 МэВ. Свинцовая мишень диаметром 8 см и длиной 50 см имитировала сердечник подкритической сборки, управляемой пучком протонов фазотрона ЛЯП (проект SAD). Выбор такой методики спектрометрии позволил получить спектрально-угловые распределения нейтронов из мишени во всем энергетическом диапазоне, начиная с десятков кэВ. Данный эксперимент был выполнен для проверки расчета межъядерного каскада по наиболее известным в настоящее время транспортным программам.

Многосферный спектрометр нейтронов является не только основным прибором для исследований полей рассеянного излучения, но и образцовым средством радиационного контроля. Однако решение проблемы метрологического обеспечения радиационных измерений на ускорителях опирается на создание системы «образцовое средство измерений  – образцовый источник нейтронного излучения». На практике в качестве образцовых источников нейтронов применяются радиоизотопные источники 239Pu–Be и 252Cf со средними энергиями нейтронов 4,3 и 2,5 МэВ. Основным их недостатком с точки зрения метрологии является узкий энергетический диапазон, не соответствующий реальным полям излучений за защитами, что не обеспечивает необходимую точность практических измерений. Это обусловило разработку в конце 1980-х гг. специального метрологического обеспечения нейтронных измерений, в основе которого лежало создание эталонных (опорных) полей нейтронов широкого энергетического состава непосредственно на ядернофизических установках и воспроизведения в них (прямым или косвенным методом) размера единиц государственного специального эталона. По инициативе подсекции «Радиационная защита и работа в условиях высоких уровней ионизирующего излучения» при Совете по проблемам ускорения заряженных частиц АН СССР, возглавляемой в то время М. М. Комочковым, была поставлена задача создания опорных полей нейтронов на ускорителях.

Такая работа проводилась параллельно в ОИЯИ и ИФВЭ с начала 1990-х гг., а немногим позже и в  ЦЕРН. В ОИЯИ было создано четыре опорных поля, два — на основе 252Cf-источника нейтронов в замедлителях разного диаметра и два — на основе реальных полей фазотрона ЛЯП. «Мягкое» опорное поле нейтронов было создано в лабиринте туннеля в цокольном этаже под главным залом ускорителя, а  «жесткое» опорное поле  — за 2-метровой бетонной защитой фазотрона на обваловке западной стены. Были детально исследованы характеристики этих полей, созданы системы контроля их параметров и разработана метрологическая схема градуировки дозиметрических и радиометрических приборов. В опорных полях нейтронов ОИЯИ проводилось сличение методик и средств измерений дозиметрических и физических характеристик полей нейтронов, используемых в ОИЯИ, ИФВЭ и ИАЭ (Сверк, Польша), а также выполнялась градуировка ряда приборов и методик оперативного и индивидуального контроля.

Ужесточение радиационного нормирования и увеличение объема радиационного контроля на ядерно-физических установках ОИЯИ потребовали от ОРБ в середине 1980-х гг. нового подхода к организации зонного мониторинга, а  именно создания автоматизированных систем радиационного контроля (АСРК) на установках ОИЯИ. Следует отметить, что опыта создания подобных систем на ускорителях в то время не существовало. На реакторе ИБР-2 автоматизированная система контроля была создана аналогичной тем, которые использовались на атомных станциях. Однако специфика полей излучения за защитами ускорителей, вариабельность режимов их работы, изменение статуса зон радиационного наблюдения в зависимости от режимов и т. д. делали невозможным применение систем АЭС на ускорителях. Для решения поставленной задачи в отделе была разработана трехуровневая схема автоматизированной системы, первый уровень которой состоял из десятков стационарных датчиков нейтронов и -квантов, второй уровень  — из интеллектуальных контроллеров крейтов для сбора информации с датчиков и управления ими и третий уровень — ПК для визуализации и документирования данных и управления работой системы в целом. Были разработаны нейтронные каналы системы со стационарными датчиками нейтронов широкого диапазона энергий на основе коронных счетчиков в замедлителях, отлично зарекомендовавших себя в процессе многолетней эксплуатации, созданы специализированные блоки электроники для второго уровня систем, разработано программное обеспечение для второго и третьего уровней, создана метрологическая схема поверки и градуировки датчиков. АСРК с некоторыми специфическими отличиями были созданы на фазотроне ЛЯП, синхрофазотроне ЛВЭ и ускорителях ЛЯР и работают, постоянно совершенствуясь, уже около 30 лет.

Примерно с середины 1980-х  гг. параллельно с созданием АСРК начались работы по перестройке системы индивидуального дозиметрического контроля  (ИДК). Традиционные методы фотоконтроля, основанные на использовании рентгеновских пленок для оценки дозы -квантов и ядерных эмульсий для регистрации нейтронов, не обладали необходимой оперативностью, при том, что число сотрудников, стоящих на дозконтроле, достигало 2 тыс. человек. Стали проявляться и проблемы, связанные с поставкой пленок с ядерной эмульсией. Выход из ситуации виделся в кардинальном изменении методики ИДК и переходе (частично или полностью) на контроль с помощью термолюминесцентных детекторов (ТЛД). Альтернативой фотодозиметру виделся альбедодозиметр нейтронов с двумя ТЛД на основе 6Li и 7Li, регистрирующий мягкие нейтроны, перерассеянные в дозиметр из тела человека.

В отделе были развернуты работы по созданию такого дозиметра и автоматизации обработки его данных. Попытки создания прибора для считывания показаний ТЛД предпринимались в ОРБ еще в 1970-х гг., до того как появились промышленные приборы. В ходе работ над созданием альбедо-дозиметра испытывались различные виды ТЛД, выполнялись расчеты чувствительности дозиметра и градуировка, проводились его испытания в реальных полях нейтронов. В итоге в практику дозконтроля ОИЯИ были внедрены новые индивидуальные гамма-нейтронные дозиметры.

Опыт, накопленный в отделе по физике защиты ускорителей, и владение методами расчета транспорта частиц в веществе были использованы при проектировании ряда защит отдельных установок или зданий на ускорителях ОИЯИ. ОРБиРИ принимал участие в проектировании вариантов ускорительных комплексов тяжелых ионов (КУТИ, УКТИ) и нуклотрона ЛФВЭ. В конце 1980-х гг. специалисты отдела принимали участие в проектировании циклотрона института «Vina» в Белграде (Югославия).

После создания Отделения радиационных и радиобиологических исследований работы по дозиметрии излучений и физике защиты выполнялись в рамках научной темы по радиационным исследованиям. Их основными направлениями были исследования характеристик перспективных детекторов и дозиметров, спектрометрия нейтронов широкого диапазона энергий, оптимизация радиационной безопасности и защиты от излучений, физическая поддержка радиобиологических экспериментов, контроль облучения персонала и мониторинг радиоактивности в окружающей среде, подготовка специалистов по радиационной безопасности.

Были проведены обширные исследования характеристик трековых твердотельных детекторов и детекторов тепловых нейтронов в полиэтиленовых замедлителях. В частности, совместно с сотрудниками Института ядерной физики (Прага, Чешcкая Республика) была измерена эффективность регистрации тяжелых ядер С, Mg, Ar и Fe трековым детектором из CR-39.

В связи с работами по созданию в Словацкой Республике циклотронного центра для ускорения ионов с А 130 и энергией до 72  МэВ/нуклон потребовалось выполнить комплекс исследовательских и проектных работ, чтобы свести к минимуму влияние излучений от ускорителя на окружающую среду.

К  расчету защиты комплекса и организации мер по радиационной безопасности предъявлялись повышенные требования в связи с тем, что комплекс располагался на  территории Братиславы. Была разработана концепция радиационной безопасности Словацкого циклотронного центра, включающая возможные источники ионизирующих излучений, защиту от излучений, радиационный мониторинг, обращение с радиоактивными источниками, анализ возможных радиационных аварий, влияние ускорительного центра на окружающую среду. На основе данной концепции был выполнен проект комплекса в части радиационной безопасности (В. Е. Алейников, В. А. Архипов, Г. Н. Тимошенко, А. Р. Крылов, Л. Г. Бескровная).

Большой объем работ в ОРРИ выполнен по созданию установок для прецизионной дозиметрии пучков заряженных частиц ускорителей ОИЯИ.

Для этих измерений на ускорителе У-200 был создан экспериментальный канал и специальная установка, позволяющая проводить автоматическую смену образцов, а также разработана методика измерения поглощенной дозы низкоэнергетичных ионов. Для облучений на нуклотроне ЛФВЭ также разработали методику формирования квазиоднородного дозового поля и измерения поглощенной дозы в образцах, что позволило выполнить цикл исследований на пучках протонов, -частиц, ядер углерода и магния с энергиями 0,5–1,0 ГэВ/нуклон.

Специалисты ОРРИ помимо работы над темой отделения принимали активное участие в выполнении работ по другим институтским темам, в частности, по трансмутации радиоактивных отходов АЭС, созданию стационарных установок для обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ и т. д.

ЛАБОРАТОРИЯ РАДИАЦИОННОЙ БИОЛОГИИ

В 2005 г. решением дирекции, Ученого совета и Комитета полномочных представителей стран-участниц ОИЯИ Отделение радиационных и радиобиологических исследований было преобразовано в новую, восьмую лабораторию Объединенного института  — Лабораторию радиационной биологии (приказ по ОИЯИ № 403 от 20 июня 2005 г.). Это событие явилось закономерным результатом длинного пути становления одного из направлений развития фундаментальной биологии в ОИЯИ и признанием большого вклада специалистов ОРРИ в решение важных научных задач. Очевидно, что радиобиология как междисциплинарная наука нуждается в активном участии в этих разработках специалистов-физиков, и ОИЯИ в этом смысле предоставляет уникальные возможности, поскольку обладает высококвалифицированными кадрами физиков, необходимой аппаратурой и широчайшим спектром самых разнообразных источников излучений. Фактически ни в России, ни в других странах нет более удобного и физически оснащенного для проведения радиобиологических исследований научного центра, чем ОИЯИ. Поэтому в области изучения биологических эффектов ионизирующих излучений с разными физическими характеристиками Лаборатория радиационной биологии с полным правом может претендовать на лидерство в данной научной области среди других научных организаций России и стран-участниц ОИЯИ. Директороморганизатором новой лаборатории был в 2005 г. назначен, а в 2009 г. избран на Ученом совете ОИЯИ доктор биологических наук профессор Е. А. Красавин.

В 2008 г. по предложению академика-секретаря Отделения биологических наук (ОБН) Российской академии наук академика А. И. Григорьева результаты проводимых в ОИЯИ радиобиологических исследований и перспективы работ были доложены Е. А. Красавиным на заседании Бюро ОБН РАН и получили высокую оценку. Общее собрание отделения единогласно поддержало инициативу Бюро ОБН РАН и приняло постановление о научно-методическом руководстве Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ со стороны ОБН РАН (постановление № 5 от 15 декабря 2008 г.). Это важное решение вывело на новый уровень развитие биологических исследований в ОИЯИ с использованием его уникального потенциала.

В структуру ЛРБ вошли два отдела (отдел радиобиологии, отдел радиационных исследований) и три самостоятельных сектора (фоторадиобиологии, космической радиобиологии и компьютерного молекулярного моделирования). Отдел радиобиологии включал четыре группы: группу молекулярной радиобиологии, группу радиобиологии нормальных и опухолевых клеток, группу радиационной генетики и группу математического моделирования.

Отдел радиационных исследований включал две исследовательские группы:

группу исследования радиационных полей базовых установок и группу моделирования взаимодействий ионизирующих излучений c веществом. Главным направлением исследований новой лаборатории, так же как и ОРРИ, явились вопросы биологического действия излучений с разными физическими характеристиками. Актуальность такого рода исследований, как уже выше указывалось, обусловлена рядом обстоятельств и прежде всего эффективностью применения излучений широкого спектра ЛПЭ при решении ряда фундаментальных и практических задач. Эти задачи касаются фундаментальных вопросов радиобиологии, использования ускоренных ионов в клинике лучевой терапии, совершенствования мер защиты персонала, работающего в смешанных полях ионизирующих излучений, защиты экипажей космических кораблей в условиях длительных межпланетных полетов.

После создания ЛРБ в экспериментах с прокариотическими клетками различного генотипа на новом этапе продолжились сравнительные исследования закономерностей и механизмов индукции генных и структурных мутаций излучениями в широком диапазоне ЛПЭ. Группа радиобиологов (руководитель А. В. Борейко) лаборатории приступила к решению этой важной фундаментальной проблемы. Как известно, на необходимость генетических исследований с использованием ионизирующих излучений с разными физическими характеристиками для выяснения механизмов индуцированного мутационного процесса, конкретизации физических событий, служащих его пусковыми моментами, неоднократно указывали классики количественной радиобиологии  — Н. В. Тимофеев-Ресовский, Д. Ли и др. В связи с этим Н. В. ТимофеевРесовский отмечал: «Элементарные дискретные изменения элементарных дискретных компонентов генотипа (генов) у всех в этом отношении изученных живых организмов вызываются всеми типами ионизирующих излучений, следуя при этом одноударной кривой доза–эффект. Опыты с излучениями разных мощностей дозы и разной жесткости позволили в значительной мере конкретизировать то физическое явление, которое служит физическим пусковым механизмом, вызывающим мутации, попадание в определенный эффективный объем в форме одной ионизации». Представление о том, что попаданием является одна ионизация или узколокализованная группа ионизации в генетических структурах, предполагает линейный характер дозовой зависимости выхода мутаций. Действительно, справедливость этого положения была убедительно продемонстрирована в экспериментах на различных организмах.

Однако в более поздних исследованиях наряду с линейными были выявлены и зависимости нелинейного типа. Из этого следует, что попадание или выделение кванта энергии в генах и фиксация возникающего повреждения в виде мутации неоднозначно связаны между собой и, более того, вероятность закрепления премутационного повреждения в мутацию зависит от ряда привходящих факторов. Установлено, что эта вероятность в сильной степени зависит от процессов протекания клеточного метаболизма и в конечном счете от систем пострадиационного восстановления.

Ранние работы по учету частоты мутирования у микроорганизмов при облучении в условиях влияния факторов физической, химической и биологической природы выявили важную роль пострадиационного восстановления в  индуцированном мутационном процессе. После выделения и идентификации мутантов с различными дефектами в репарации ДНК появилась возможность пристального изучения роли репарационных процессов в индуцированном мутагенезе. На основе полученных результатов можно было прийти к выводу о важной роли как физических, так и биологических факторов в мутагенном действии излучений. Роль физического фактора в мутационном процессе можно было изучать, используя ионизирующие излучения с разными физическими характеристиками, а роль биологического  — используя различных репарационных мутантов. В экспериментах на бактериях с различным генотипом было установлено, что нелинейные дозовые кривые мутагенеза наблюдаются довольно часто и выявляются при учете как обратных, так и прямых мутаций. Такого рода зависимости в течение долгого времени являлись мучительной проблемой для специалистов. С учетом этого в ЛРБ были спланированы эксперименты по изучению мутагенного действия излучений широкого диапазона ЛПЭ, генерируемых ускорителями ОИЯИ, на прокариотические клетки с различным генотипом.

Крайне важной задачей в понимании механизмов индуцированного мутационного процесса является сравнительное изучение закономерностей и механизмов образования как генных, так и структурных мутаций у клеток при действии излучений широкого диапазона линейных передач энергии.

Получение такого рода данных является крайне трудной задачей в экспериментах на клетках млекопитающих. Конечно, получение данных о выходе различного рода мутаций при действии излучений разного качества в экспериментах на клетках млекопитающих является исключительно важной практической и научной задачей, но исследования такого рода с привлечением различных видов бактериальных клеток, безусловно, представляются необходимой ступенью в решении данной проблемы. У бактерий детально изучена структурно-функциональная организация генетического аппарата, получены различные репарационно-дефицитные мутанты и все это позволяет выяснить молекулярные механизмы формирования генных и структурных мутаций при действии на клетки излучений, различающихся по ЛПЭ в широком диапазоне.

Полученные материалы по мутагенному действию излучений широкого диапазона ЛПЭ позволили понять механизмы, лежащие в основе выявленных закономерностей. На основе исследований индукции как прямых, так и обратных генных мутаций были выявлены линейно-квадратичные зависимости частоты образования мутаций от дозы различных видов излучений. При дозах облучения, превышающих значения 80–100  Гр, наблюдается степенная дозовая зависимость. В логарифмическом масштабе дозовые зависимости представляют собой прямые с тангенсом угла наклона, равным 1,7–1,8, что свидетельствует о степенном, близком к квадратичному, характере этих кривых.

Наиболее высокая эффективность в индукции мутаций наблюдается в экспериментах с ускоренными ионами гелия с ЛПЭ @ 20 кэВ/мкм. При действии ионов с большими ЛПЭ мутагенная эффективность снижается. Сохранение квадратичного характера зависимости частоты мутирования от дозы облучения при действии тяжелых заряженных частиц обусловлено рядом обстоятельств.

Микродозиметрический анализ выявляемых закономерностей (С.

Козубек) свидетельствует о том, что при действии разных доз ионизирующих излучений в облученной популяции можно выделить три типа субпопуляций клеток:

неповрежденные выживающие клетки; летально поврежденные не выживающие клетки; «умеренно» поврежденные клетки, которые после завершения процесса репарации также составляют класс выживающих клеток. При увеличении ЛПЭ излучений возрастает доля неповрежденных клеток, а уменьшается доля летально поврежденных, через которые прошли частицы сердцевиной трека. В результате этого мутации образуются преимущественно в субпопуляции, поврежденной прохождением -электронов, и в той небольшой фракции клеток, через которые прошли одна и большее количество частиц сердцевиной трека при условии, что эти клетки смогли отрепарировать возникшие повреждения и не погибли. На основании этого можно было объяснить сохранение характера дозовых зависимостей мутагенеза при действии излучений, различающихся по ЛПЭ. Поскольку характер передачи энергии -электронов веществу при действии электромагнитных и корпускулярных излучений не различается между собой, вид зависимости Nm /N (D), где Nm /N  — отношение числа мутантных клеток к общему числу клеток в облученной популяции и D  — доза, при действии излучений разного качества остается неизменным.

Следовательно, при действии тяжелых заряженных частиц с высокими значениями ЛПЭ (ЛПЭ 100 кэВ/мкм), когда при прямом прохождении треков частиц через чувствительные структуры клетки преимущественно погибают, в  выживающих клетках имеет место так называемый -электронный мутагенез. При действии же на клетки ускоренных легких ионов или ускоренных тяжелых заряженных частиц высоких энергий с ЛПЭ 100  кэВ/мкм, когда чувствительные структуры испытывают прямое воздействие треков, имеет место «сердцевинно-трековый мутагенез». С учетом вышеизложенного становится понятным сохранение характера дозовых кривых мутагенеза у клеток E. coli и Bacillus subtilis при возрастании ЛПЭ частиц.

Данные, полученные на ускорителях тяжелых ионов, позволили прийти к  заключению о том, что квадратичный характер кривых мутагенеза обусловлен необходимостью реализации и «взаимодействия» двух независимых друг от друга событий «попадания». Первое из них связано с возникновением премутационного повреждения в изучаемом локусе, а второе — образование повреждения, индуцирующего систему SOS-репарации, которая и способствует закреплению изменения в бактериальной ДНК в виде мутаций. Так как SOS-репарация является решающим фактором в реализации индуцированного мутационного процесса, важен анализ современных молекулярных механизмов организации SOS-системы у бактерий E. coli. С учетом этого была разработана молекулярная модель индуцированного мутагенеза, позволяющая описать магистральные пути трансформации первичных нарушений структуры ДНК (премутационных повреждений) в мутации (А. В. Борейко). В модели закрепление премутационного повреждения в мутацию точкового типа при действии ионизирующих излучений есть результат работы различных энзиматических механизмов, в том числе, как одного из главных, — мультиферментного комплекса, включающего в себя индуцибельную ДНК-полимеразу V (UmuD С), RecA-протеазу, SSB-белки, субъединицы ДНК-полимеразы III.

На основе молекулярной модели была разработана математическая модель, описывающая мутационный процесс в бактериальных клетках E.  coli при действии ультрафиолетового излучения (О. В. Белов, Е. А. Красавин, А. Ю. Пархоменко). По сути, был предложен новый подход к теоретическому описанию явления индуцированного мутагенеза в бактериальных клетках.

Впервые построена модель, описывающая индуцированный мутационный процесс посредством детального математического описания ключевых белковых взаимодействий в ходе SOS-ответа бактерий E. coli. В рамках одного модельного подхода удалось проследить весь путь от возникновения первичного повреждения структуры ДНК до закрепления его в мутацию. Разработанные модельные представления позволили впервые предсказать динамику концентраций димеризованных продуктов гена umuD, а  также двух регуляторных комплексов SOS-системы: UmuD2C и UmuDDC. Такой подход позволил детально смоделировать механизм translesion-синтеза (TLS), ответственного за процесс закрепления премутационных повреждений в мутации. В  расчетах с применением построенной модели была установлена связь между эффективностью реализации translesion-синтеза и выходом генных мутаций.

Вычисления, выполненные на примере регуляторного гена lacI бактерий E. coli, показали совпадение результатов моделирования с экспериментальными данными о частоте образования мутаций lacI в зависимости от флюенса энергии УФ-излучения. На основании этих подходов возможен дальнейший математический анализ основных этапов мутационного процесса при действии ионизирующих излучений с разными физическими характеристиками на клетки E. coli. Конечно, эта задача гораздо более сложная, но вполне реализуемая. Для ее успешного решения прежде всего необходимы экспериментальные данные, касающиеся кинетики образования и деградации основных генных продуктов, участвующих в  формировании мультиферментного комплекса — ДНК-полимеразы V.

В более поздних работах, связанных с исследованиями в области количественной радиобиологии, были развиты подходы, позволяющие конкретизировать дополнительные механизмы восстановления бактериальных клеток после радиационного воздействия (О. В. Белов, М. В. Капралов). В частности, предложено детальное математическое описание механизма эксцизионной репарации поврежденных оснований ДНК в бактериальных клетках, смоделирован механизм удаления повреждений с участием формамидопиримидингликозилазы (белка Fpg), обладающей несколькими видами активности. Таким образом, в этих исследованиях не только получен ряд важных результатов, связанных с  количественной оценкой кинетики образования и деградации основных генных продуктов в ходе репарации ДНК, но и успешно реализован новый теоретический подход к  описанию индуцированного мутационного процесса в клетках бактерий.

В экспериментах с использованием ускоренных тяжелых ионов удалось показать, что в отличие от генных частота образования делеционных мутаций линейно возрастает с дозой для всех видов использованных излучений (А. В. Борейко). Наибольшей эффективностью обладают ионы с  ЛПЭ » 50  кэВ/мкм. Ускоренные ионы с большей ЛПЭ вызывают меньший биологический эффект. Следовательно, характер дозовых зависимостей по критерию индукции делеционных мутаций у клеток E. coli совершенно отличается от ранее рассмотренных зависимостей, полученных для генных мутаций. В последнем случае наблюдается степенная, близкая к квадратичной, зависимость. Дозовые зависимости индукции делеционных мутаций, описываемые линейными функциями, обусловлены другими механизмами их формирования по сравнению с генными мутациями. Линейный характер зависимости образования делеций при -облучении бактериальных клеток объясняется тем, что в отличие от генных мутаций молекулярной основой первичных повреждений, ведущих к образованию делеций, являются не повреждения оснований, а двунитевые разрывы ДНК. Для реализации премутационных повреждений данного типа в структурную мутацию не требуется индукции системы SOS-репарации, которая играет ключевую роль, как показано ранее, в формировании генных мутаций.

На основании выполненных исследований показано, что биологическая эффективность тяжелых заряженных частиц, оцениваемая по индукции делеционных мутаций, возрастает с увеличением ЛПЭ, так же как для летальных эффектов облучения и индукции точковых мутаций. Однако положение максимумов зависимости ОБЭ от ЛПЭ для рассматриваемых эффектов облучения не является инвариантным. Для летального действия наибольшие значения ОБЭ наблюдаются при облучении частицами с ЛПЭ » 100 кэВ/мкм.

По критерию индукции генных мутаций величина максимума приходится на значения ЛПЭ » 20 кэВ/мкм. Для делеционных мутаций эта величина составляет » 50 кэВ/мкм. С учетом этого был сделан вывод о том, что различия в положении максимумов зависимостей ОБЭ от ЛПЭ для летальных и мутагенных эффектов облучения обусловлены разным характером повреждений ДНК, участвующих в реализации генного мутагенеза и летальных эффектов.

В первом случае ими являются преимущественно поврежденные основания, во втором — двунитевые разрывы ДНК. Микродозиметрический анализ выхода кластерных ОР и ДР ДНК в зависимости от ЛПЭ (В. Михалик) свидетельствует о том, что оба типа зависимостей описываются кривыми с локальным максимумом. Однако для кластерных  ОР положение максимума сдвинуто почти на порядок в область меньших значений ЛПЭ. Это обстоятельство может объяснять различия в положении максимумов зависимостей ОБЭ от ЛПЭ для летальных эффектов облучения и индукции генных мутаций.

Эксперименты по индукции мобильных элементов излучениями с разными физическими характеристиками (А. В. Борейко, Д. В. Журавель) были спланированы с учетом того, что точная эксцизия транспозонов, являясь, с одной стороны, делеционным по молекулярной природе процессом, с другой стороны, зависит от функций генов, контролирующих SOS-репарацию.

Поскольку образование делеционных мутаций, в основе которых лежит образование ДР  ДНК, не детерминировано индуцибельной SOS-репарацией, представлялось важным изучить закономерности и механизмы точной эксцизии транспозонов у бактерий E. coli при действии -квантов и ускоренных тяжелых ионов с разными физическими характеристиками. При действии тяжелых заряженных частиц с ростом дозы облучения частота формирования делеций, вызванных точной эксцизией мобильного элемента, описывалась степенными зависимостями. С возрастанием ЛПЭ частиц их биологическая эффективность по сравнению с -квантами увеличивалась, и максимум зависимости ОБЭ, определенной по критерию точной эксцизии транспозона Tn10, реализовался в диапазоне ЛПЭ от 20 до 40  кэВ/мкм. Как уже отмечалось, при таких же значениях ЛПЭ наблюдается максимальный выход генных мутаций у бактерий E. coli и Bacillus subtilis. На основании полученных данных сделан вывод о том, что высокая биологическая эффективность тяжелых заряженных частиц по индукции мобильных элементов, как и в случае индукции генных мутаций, обусловлена двумя обстоятельствами. В основе инициации эксцизии транспозона лежит формирование однонитевых шпилек в его последовательности, образующихся в ходе репарации повреждений ДНК, и формирование повреждения, запускающего SOS-ответ клетки, в результате чего происходит эксцизия мобильного элемента. Различие в характере премутационных повреждений, являющихся молекулярным субстратом при формировании генных и структурных мутаций, отражается на характере зависимостей ОБЭ(ЛПЭ). Молекулярной основой эксцизии транспозона могут являться кластерные повреждения одной нити ДНК, возникающие на фоне клеточного SOS-ответа. Это обстоятельство находит свое подтверждение в степенном характере дозовой зависимости индукции мобильных элементов излучениями с разными физическими характеристиками, а также в положении локального максимума зависимости ОБЭ от ЛПЭ по данному критерию, коррелирующего с аналогичной зависимостью для генных мутаций.

Результаты выполненных исследований были удостоены Второй премии ОИЯИ за 2008 г.

В группе молекулярной радиобиологии ко времени создания ЛРБ были начаты исследования молекулярных нарушений структуры ДНК в лимфоцитах человека при -облучении и действии ускоренных тяжелых ионов, а также исследования апоптотической гибели клеток. С использованием метода ДНК-комет изучены закономерности индукции и репарации двунитевых разрывов ДНК в клетках, облученных -квантами 60Со и ускоренными ионами 7Li и 11B с ЛПЭ 20 и 40 кэВ/мкм соответственно (А. В. Борейко, В. Н. Чаусов, В. А. Тронов). При -облучении и при действии ускоренных ионов выявлены линейные дозовые зависимости, и показано, что тяжелые ионы по сравнению с -квантами обладают большей биологической эффективностью по критерию индукции ДР ДНК. Величина относительной биологической эффективности ускоренных ионов лития составляет 1,4 0,1 и бора 1,6 0,1. С целью изучения качественных особенностей индуцируемых ДР ДНК в клетках при действии излучений широкого диапазона ЛПЭ в ЛРБ был использован подход, связанный с применением агентов, влияющих на процессы синтеза ДНК. Известно, что ряд ингибиторов синтеза ДНК (арабинозидцитозин, оксимочевина, фтордезоксиуридин и некоторые другие) подавляют у  клеток млекопитающих не только репликативный, но и репаративный синтез ДНК. В условиях влияния этих агентов в пострадиационный период наблюдается значительное повышение чувствительности клеток к -облучению. Молекулярный механизм их сенсибилизирующего влияния связан с препятствием застройки однонитевых брешей в цепи ДНК. В результате этого оппозитная с длительно нерепарируемыми брешами нить ДНК может подвергаться атаке эндонуклеаз типа S1 с формированием энзиматических двунитевых разрывов ДНК. Вместе с тем при действии излучений с высокой ЛПЭ модифицирующее влияние ингибиторов синтеза ДНК на выживаемость клеток млекопитающих отсутствует.

Это  дало основания полагать, что с увеличением ЛПЭ частиц существенно возрастает количество прямых ДР ДНК, непосредственно индуцируемых тяжелыми заряженными частицами, и их выход определяется лишь физическими свойствами излучений. В связи с этим представлялось важным изучить закономерности влияния ингибиторов синтеза ДНК на выход двунитевых разрывов при действии на клетки излучений широкого диапазона ЛПЭ.

Полученные данные о влиянии ингибиторов синтеза ДНК — арабинозидцитозина  (Ара-Ц) и гидроксимочевины  (ГМ)  — на индукцию и репарацию повреждений ДНК свидетельствовали о  различном характере их модифицирующего влияния при облучении клеток ионизирующими излучениями разного качества. В нормальных условиях при действии тяжелых ионов наблюдается более эффективная индукция ДР ДНК, и величина ОБЭ составляет 1,6 0,1. Полученные результаты свидетельствовали и об эффективной репарации ДР  ДНК при действии использованных видов излучений. В условиях влияния ингибиторов наблюдались значительные различия в характере выявленных зависимостей «доза–эффект» при действии на клетки -квантов и ускоренных ионов бора. При -облучении в присутствии ингибиторов синтеза ДНК наблюдалось не только отсутствие репарации ДР ДНК, но отмечалось некоторое увеличение количества ДР со временем инкубации клеток. Такое положение могло быть объяснено, с одной стороны, возможным ингибированием процессов репарации ДР ДНК, осуществляемой, как известно, двумя механизмами: гомологичной рекомбинацией (ГР) и негомологичным соединением (НГС) концов. С другой стороны, это может быть связано с формированием энзиматических ДР ДНК из однонитевых разрывов ДНК, образующихся в процессе инцизии модифицированных нуклеотидов в ходе эксцизионной репарации. Поскольку удаление поврежденных нуклеотидов в процессе эксцизионной репарации у клеток млекопитающих происходит в течение 3–4 ч после облучения, формирующиеся ОР в условиях влияния ингибиторов синтеза  ДНК могут быть сайтами для формирования энзиматических ДР в  результате атаки S1-эндонуклеазами оппозитных инцизионным ОР нитей ДНК.

При действии на клетки ускоренных ионов бора в условиях влияния Ара-Ц и ГМ наблюдается репарация ДР ДНК в отличие от облучения -квантами, а меньшие значения параметров фактора изменения дозы при облучении клеток тяжелыми ионами объясняются уменьшением количества индуцируемых ОР ДНК с ростом ЛПЭ излучений. А именно этот тип повреждений ДНК является молекулярным субстратом для реализации сенсибилизирующего влияния использованных ингибиторов синтеза ДНК.

Таким образом, на основании проведенных исследований было показано, что при действии ионизирующих излучений на клетки млекопитающих в  условиях действия ингибиторов синтеза ДНК Ара-Ц и ГМ происходит репарация двунитевых разрывов ДНК. Репарация ДР осуществляется как при -облучении, так и при действии ускоренных ионов бора. Большой вклад энзиматических ДР ДНК, формирующихся из блокированных ингибиторами концевых групп прямых ОР и ОР энзиматической природы, образующихся в процессе эксцизионной репарации, по-видимому, перекрывает картину репарации ДР ДНК при -облучении, которая видна при действии на клетки ускоренных ионов бора. С учетом этого в лаборатории были запланированы исследования с более тяжелыми заряженными частицами, с еще более высокими значениями ЛПЭ  200 кэВ/мкм, при которых индуцируются главным образом «прямые» ДР ДНК, а вклад ДР энзиматической природы минимален.

С целью изучения закономерностей формирования различных типов повреждений ДНК при действии ионизирующих излучений разного качества был развит метод ферментативного комет-анализа ДНК. Применение ферментов репарации эндонуклеазы-III (EndoIII) и формамидопиримидингликозилазы (Fpg) позволяет трансформировать модифицированные пиримидиновые и пуриновые основания в однонитевые разрывы ДНК. С использованием модифицирующих ферментов в условиях щелочного и нейтрального кометанализа ДНК получены сравнительные дозовые зависимости формирования ОР ДНК и модифицированных пуринов и пиримидинов, а также двунитевых разрывов ДНК и кластерных двунитевых повреждений ДНК при действии

-квантов 60Со.

Как неоднократно указывалось ранее, действие тяжелых заряженных частиц индуцирует многие радиационно-индуцированные эффекты, резко отличающиеся от наблюдаемых при облучении электромагнитными видами излучений. В значительной степени это обусловлено спецификой передачи энергии тяжелых заряженных частиц генетическим структурам клеток. В случае облучения  -квантами поглощенная доза передается объему вещества случайно распределенными многочисленными актами передачи энергии малыми порциями. Та же доза облучения может быть передана равному объему вещества при прохождении через него всего лишь одной тяжелой заряженной частицы. Такой характер передачи энергии тяжелых ионов генетическим структурам обусловливает формирование качественно иных типов повреждений ДНК, нежели при действии электромагнитных видов ионизирующих излучений. Прежде всего это касается формирования наиболее тяжелых нарушений, какими являются двунитевые разрывы ДНК. Пересечение тяжелой заряженной частицей участка ДНК не только приводит к нарушению целостности двух комплементарных нитей ДНК, также при этом повреждаются и другие молекулярные структуры, прилегающих к данному сайту. Такие кластерные повреждения наиболее трудны для репарации восстановительными системами клеток. Они являются молекулярным субстратом клеточной гибели, образования различного рода мутаций хромосом, злокачественной трансформации. Очевидна необходимость тщательного исследования закономерностей и механизмов формирования и репарации такого рода повреждений. С этой целью в группе предприняты исследования индукции и репарации двунитевых разрывов ДНК в клетках человека при действии излучений с  разными физическими характеристиками. Для этого были использованы эффективные современные методы, позволяющие проводить изучение формирования ДР ДНК в ядрах отдельных клеток: метод иммуноцитохимического окрашивания клеток при помощи конъюгированных с разными флуоресцентными красителями антител, специфичных к белкам (метод ДНК-фокусов), и метод ДНК-комет.

Метод ДНК-фокусов, как известно, основан на важном свойстве определенных белков «узнавать» формирующиеся ДР ДНК в ядрах и участвовать в  развитии репарационного процесса. Одним из начальных этапов формирования клеточного ответа на возникший ДР ДНК и активации систем репарации является фосфорилирование гистона Н2АХ. Фосфорилированный гистон Н2АХ, который называется Н2АХ, может быть определен вблизи ДР ДНК и служит сигналом для привлечения других белков в сайты возникновения ДР ДНК. События фосфорилирования гистона Н2АХ могут быть визуализированы как отдельные ядерные фокусы методом иммуноокрашивания.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Похожие работы:

«2015 Географический вестник 2(33) Экология и природопользование ЭКОЛОГИЯ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ УДК 004.6:581.55 П.Н. Бахарев, В.В. Семенов, Д.Н. Андреев27 ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА ДАНН...»

«Межгосударственная кластерная интеграция. Санкт-Петербургский Кластер Чистых технологий для городской среды. Interstate cluster integration. Saint-Petersburg Cleantech Cluster for urban environment. Миссия Кластера Mission of the Cluster Cделать Санкт-Петербург Making St. Petersburg...»

«Известия высших учебных заведений. Поволжский регион УДК 592.173 В. О. Козьминых ЖУЖЕЛИЦА СИБИРСКАЯ CARABUS SIBIRICUS F.-W. (COLEOPTERA, CARABIDAE) – ОХРАНЯЕМЫЙ ВИД ЖЕСТКОКРЫЛЫХ НАСЕКОМЫХ ПОВОЛЖЬЯ И УРАЛА1 Аннотация. Приведены данные о распространении, таксономической структур...»

«УДК 332.05 А.Н. Казанская, Т.Н. Мясоедова, В.А. Гаджиева (Южный федеральный университет; e-mail: akazanskaya@sfedu.ru) ОЦЕНКА СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИЙ КАК ИНСТРУМЕНТ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАН...»

«НТП И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА УДК 621.301. Н. П. КУНДЕНКО, доктор технических наук, ХНТУСХ им. П. Василенко, г. Харьков Л. Н. МИХАЙЛОВА, кандидат технических наук, доцент ПАТУ, г. Харьков e-mail: n.p.kundenko@inbox.ru ВЛИЯНИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В ПРОЦЕССЕ КРИОКОНСЕРВАЦИИ Предложено использовать уль...»

«ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2008. №4. С. 95–100. УДК 615.32 + 582.565.2 ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СОКА КАЛЛИЗИИ ДУШИСТОЙ (CALLISIA FRAGRANS WOOD.) И ЕГО АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ (IN VITRO) * Д.Н. Оленников 1, И.Н. Зил...»

«Раздел 5. "Химические технологии. Безопасность жизнедеятельности" УДК 734.35 ГУТОРКА А.Д., 1НУГАИЕВА Е.В., 1ЧЕРНЫШЕВА А.А., 1СОЛУЯНОВА Ю.М. (Карагандинский государственный индустриальный университет, г. Темиртау, Казахстан) ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ПРИМЕРЕ ТОО "ТЕНГИЗШЕВРОЙЛ" Аннотация. В ст...»

«О.А. Белых и др.: Дикоросы как источник биотехнологического сырья для производства УДК 630.2.56.9: 643.0.524 ДИКОРОСЫ КАК ИСТОЧНИК БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ И БАДОВ О.А. Белых1, А.Н.Петров2, А.Г.Еникеев3 ГОУ ВПО "Иркутский государственный педагогический университет" 664004 Иркутск, ул...»

«ЛАДЫГИН Константин Владимирович ТЕХНОЛОГИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ ОБРАТНООСМОТИЧЕСКИХ МЕМБРАН ПРИ ОБЕЗВРЕЖИВАНИИ ФИЛЬТРАТА ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ Специальность 03.02.08 – Экология (в химии и нефтехимии) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени канди...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ "Кемеровский государственный университет" Институт биологии, экологии и природных ресурсов Рабочая программа дисциплины БОЛЬШОЙ ПРАК...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет имени В.М. Шукшина" (АГГПУ им. В.М. Шукшина) Естествен...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Юргинский технологичес...»

«Рабочая программа дисциплины (модуля) Практикум по фитобиотехнологии 1. Код и наименование дисциплины (модуля) В.М2.ОД.3.2. Уровень высшего образования: магистратура.3. Направление подготовки: 06.04.01 Биология. Направленность (профиль) программы: Фитохимия и фитобиотехнология 4. Место д...»

«Енергетика і автоматика, №3, 2014 р. УДК 614.89:537.868 ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Н.П. Кунденко, доктор технических наук А.Н. Кунденко, магистр Харьковский национальный технический университет сельского хозяйст...»

«Правила оформления статей для публикации в журнале"Владикавказский медико-биологический вестник" К публикации в журнале "ВМБВ" принимаются оригинальные статьи на русском или английском языках, научные обзоры, отчеты (хр...»

«Содержание программы: 1. Пояснительная записка 2. Требования к уровню подготовки учащихся 3. Учебно-тематический план 4. Содержание тем учебного курса 5. Календарно-тематическое планирование 6. Формы и средства контроля 7. Перечень литературы и уч...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" Утверждено на заседании Ученого совета университета от 30.03.2011 №8 Ос...»

«СОВРЕМЕННАЯ ГЕРПЕТОЛОГИЯ. 2011. Т. 11, вып. 1/2. С. 48 – 54 УДК 598.112.23:591.5(574.4) ВЕДЕНСКАЯ ЯЩЕРИЦА, DAREVSKIA CAUCASICA VEDENICA (DAREVSKY ET ROITBERG, 1999): ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ, СИСТЕМАТИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕ...»

«159 СУМСЬКИЙ ІСТОРИКО-АРХІВНИЙ ЖУРНАЛ. №X-ХІ. 2010 ДУБРОВИНСКИЙ C.Б. К ИСТОРИИ СТАНОВЛЕНИЯ И РАЗВИТИЯ МИКРОБИОЛОГИИ И ЭПИДЕМИОЛОГИИ В СРЕДНЕЙ АЗИИ ПРОФЕССОР А.Д.ГРЕКОВ (1873-1957). ИЗ ВОСПОМИНАНИЙ СТАРОГО ЭПИД...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" Институт Кафедра экологии и генетики Кафедра зоологии и эволюционной экологии Кафедра...»

«Хайрутдинов Ильдар Зиннурович ЭКОЛОГИЯ РЕПТИЛИЙ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ г. КАЗАНИ) 03.02.08 – экология (биологические науки) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук КАЗАНЬ – 2010 Работа выполнена на кафедре зоологии позвоночных биолого-почвенн...»

«Ученые записки Крымского федерального университета им. В. И. Вернадского Серия "Биология, химия". Том 1 (67). 2015. № 1. С. 71–77. УДК 616.12:616.76 ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЗГОВОЙ ГЕМОДИНАМИКИ У ТЯЖЕЛОАТЛЕТОВ ДО И ПОСЛЕ ПАРАВЕРТЕБРАЛЬНОЙ МИОРЕЛА...»

«ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И БИОСФЕРА, 2015, T. 14, № 3, с. 81–98 УДК 57.042 ЭКРАНИРОВАНИЕ В БИОЛОГИИ И БИОФИЗИКЕ: МЕТОДОЛОГИЯ, ДОЗИМЕТРИЯ, ИНТЕРПРЕТАЦИЯ © 2015 г. Б.М. Владимирский, Н.А. Темурьянц Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского, г. Симферополь, Республика Крым, Россия Представлен обзор междисципли...»

«АДМИНИСТРАЦИЯ АКСАЙСКОГО РАЙОНА ПОСТАНОВЛЕНИЕ № 12. 10. 2016 459 г. Аксай Об утверждении административного регламента по предоставлению муниципальной услуги "Устранение технических ошибок в правоустанавливающих документах о предоставлении земельного участка, принятых органами местного само...»

«Ильина Елена Петровна Незаконная добыча (вылов) водных биологических ресурсов (по материалам Камчатского края) 12.00.08 – Уголовное право и криминология; уголовно-исполнительное право Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук Москва – 2015 г. Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образо...»

«Валерий Борисович Гусев Хозяин черной жемчужины Серия "Дети Шерлока Холмса", книга 40 Текст предоставлен издательством "Эксмо" http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=17796...»

«ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ УДК 349.6 ББК 67.407 С.Н. ОВЧИННИКОВ Таможенно-правовые средства охраны природы: опыт АСЕАН Рассматриваются экологические аспекты таможенного регулирования в странах АСЕАН: защита видов животных и растений, находящихся под угрозой исчезновения, сохранение биологического...»

«2 отдельных уровнях. Биологическая продуктивность экосистем (биогеоценозов). Взаимосвязь биологической продуктивности и экологической стабильности. Методы управления популяциями и экосистемами (биогеоценозами). Климат и воды. Изменения климата. Причины изменений климата. Изменения климата в геологическом прошлом. Антропогенные изменен...»

«3. 2017 СОДЕРЖАНИЕ CONTENTS РАСТЕНИЕВОДСТВО PLANT RAISING Асланов Г. А., Новрузова Г. Х. Aslanov G. A., Novruzova G. H. Влияние удобрений на урожайность хлопчатника 2 Effect of fertilizers on cotton productivity. 2 Ерошенко Л. А., Бекенова Л. В., Кузнецова Н. А., Yeroshenko L. A., Bekenova L. V., Kuznetsova N. A., Шалабаев Б. А., Валие...»























 
2017 www.kn.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.