В Пасюга - Вплив еліптично поляризованого мікрохвильового випромінювання на стан хроматину в ядрах клітин людини - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ VISNYK OF LVIV UNIV.

Серія біологічна. 2010. Вип. 53. С. 28-33 Biology series. 2010. Is. 53. P. 28-33

Генетика

УДК 576. 315. 4.

ВПЛИВ ЕЛІПТИЧНО ПОЛЯРИЗОВАНОГО МІКРОХВИЛЬОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ НА СТАН ХРОМАТИНУ В ЯДРАХ КЛІТИН ЛЮДИНИ

В. Пасюга

НДІ біології, Харківський національний університет імені В.Н.Каразіна пл. Свободи, 4, Харків 61077, Україна e-mail: vpasiuga@gmail.com

Вивчали вплив мікрохвильового випромінювання на стан хромати­ну в ядрах клітин букального епітелію людини. Умови експерименту: час­тота 36,64 ГГц, щільність потужності на рівні об'єкта 10 і І00 мкВт/см2, час опромінювання 10 с. Досліджували ефекти трьох варіантів поляризації мікрохвильового випромінювання: еліптична правостороння поляризація, еліптична лівостороння поляризація та лінійна поляризація. Використову­вали ізольовані клітини букального епітелію 7 донорів різного віку чолові­чої статі. Клітини фарбували розчином ацеторсеїну. Оцінювали стан хро­матину за допомогою показника вмісту гранул гетерохроматину (ВГГ). Правостороннє еліптично поляризоване мікрохвильове випромінювання демонструє більшу біологічну активність, ніж лівостороннє поляризоване випромінювання.

Ключові слова: мікрохвильове випромінювання, еліптична поляризація, букальний епітелій, вміст гранул гетерохроматину (ВГГ).

Штучне електромагнітне поле є важливим компонентом навколишнього середо­вища. Поряд із тим є свідоцтва негативного впливу низькоенергетичного мікрохвильо­вого опромінювання на стан здоров'я людини [4, 5, 12]. Усе це зумовлює практичну важливість дослідження біологічних механізмів дії мікрохвильового опромінювання. З іншого боку, дослідження механізмів дії мікрохвильового опромінювання на клітину пов' язане з вирішенням ряду загальнобіологічних проблем регуляції функціонування клітини та дає змогу по-новому поглянути на проблеми регуляції генної активності, транспорту речовин через мембрани, регуляції активності ферментів і складних надмо­лекулярних систем.

Існує багато свідчень впливу мікрохвильового випромінювання на клітинному рівні. Опромінювання щурів електромагнітним випромінюванням частотою 915 МГц зі щільністю потужності 0,24, 2,4 та 24 мВт/см2 викликає пошкодження нейронів: пошко­джені клітини фарбуються кризиловим фіолетовим і втрачають внутрішню структуру [15]. Опромінювання культури клітин епітелію кришталика кролика мікрохвильовим випромінюванням з частотою 2,45ГГц зі щільністю потужності від 0,5 до 2 мВт/см2 ви­кликає зниження життєздатності клітин, пригнічення синтезу ДНК та рівня проліфера­ції клітин [23].

Значний практичний інтерес викликають дослідження можливої мутагенної дії електромагнітних полів низької інтенсивності радіочастотного діапазону. Деякі дослі­дження вказують на можливість мутагенної дії мікрохвильового випромінювання. На культурі клітин китайського хом' яка було виявлено зростання кількості хромосомних аберацій після опромінювання, причому кількість аберацій підвищувалася з експозиці­єю (15, 30, 60 хв), а також спостерігалося зростання кількості мікроядер в опромінених

© Пасюга В., 2010клітинах [9, 10]. У роботах [7, 8] було показане зростання кількості хромосомних аберацій під дією мікрохвильового випромінювання на лімфоцити людини. Інші автори також спостерігали підвищення кількості мікроядер у лімфоцитах [20]. У роботі [22] було показано підвищення відсотка клітин з мікроядрами, каріолізисом та клітин із дво­ма ядрами у людей, що використовують мобільні телефони.

Проте деякі дослідники не спостерігали мутагенної дії мікрохвильового випромі­нювання. Опромінення мікрохвильовим випромінюванням з частотою 2,45 ГГц не приз­водило до утворення хромосомних аберацій у ядрах клітин миші [13]. Опромінення електромагнітним полем з частотою 847,74-813,56 МГц, що використовується у мобільних телефонах, не призводило до підвищення кількості розривів ДНК чи індукції апоптозу у лімфобластів [11] та не викликало підвищення частоти хромосомних аберацій і утворення мікроядер у лімфоцитах людини [21].

У наших попередніх дослідженнях ми показали, що поляризоване мікрохвильове випромінювання з частотою 35 ГГц та щільністю потужності 30 мкВт/см2 викликає підви­щення кількості гранул гетерохроматину в ядрах клітин людини залежно від поляризації [18]. У цій роботі ми досліджували вплив мікрохвильового випромінювання різної еліпти­чної поляризації та щільності потужності на стан хроматину в ядрах клітин людини.

Експерименти проводили на клітинах букального епітелію людини. Клітини бу-кального епітелію одержували, зшкрябуючи їх за допомогою тупого шпателя з внутріш­ньої поверхні щоки. Потім поміщали ці клітини в буферний розчин такого складу: 3,03 мМ фосфатний буфер (рН=7,0) з додаванням 2,89 мМ хлориду кальцію. Донорами клі­тин були чоловіки різного віку. Донори: А - 18 років, B - 20 років, C - 20 років, D - 24 роки, E - 37 років, F - 53 роки, G - 55 років. Усі донори були практично здоровими та такими, що не палять.

Для отримання електромагнітного поля застосовували установку, розроблену на кафедрі теоретичної радіофізики радіофізичного факультету Харківського національно­го університету ім. В.Н.Каразіна. Характеристики мікрохвильового випромінювання: частота 36,64±0,05 ГГц, щільність потужності на рівні об'єкта - 10 і 100 мкВт/см2. Еліп­тичну поляризацію отримували за допомогою ґратчастого поляризатора. 25 мкл суспен­зії були розміщені на предметному склі та піддані мікрохвильовому опроміненню. Час мікрохвильового опромінення становив 10 с. Одразу після опромінення клітини фарбу­вали 2% розчином орсеїну у 45% оцтовій кислоті. Дослід проводили при кімнатній тем­пературі (25°С) у трьох незалежних повторностях. Контрольний варіант витримували у тих самих умовах без опромінення. У клітинах людини ми оцінювали кількість гранул гетерохроматину методом, описаним раніше [16]. Клітини досліджували при збільшенні x400. На рис. 1 представлена клітина букального епітелію, пофарбована осеїном. У кож­ному варіанті вміст гранул гетерохроматину (ВГГ) оцінювали в 30 ядрах і обчислювали середнє значення ВГГ і стандартну помилку цього показника.

Статистичну обробку результатів проводили за допомогою t-критерію Стьюдента і тесту дисперсійного аналізу (ANOVA test). У роботі прийнятий рівень достовірності P<0,05.

У табл. 1 представлені результати впливу поляризованого мікрохвильового випро­мінювання зі щільністю потужності 10 та 100 мкВт/см2 на стан хроматину у ядрах клітин людини. Мікрохвильове опромінення клітин людини викликає істотне збільшення пара­метра ВГГ. Це збільшення спостерігалось у клітинах всіх донорів, які були досліджені.

Біологічне значення процесу формування гетерохроматинових гранул, гетерохро-матизації є зниження активності генів [14].

Для того щоб оцінити значен­ня різних факторів (таких, як інтен­сивність випромінювання, тип поля­ризації та вік донорів), на зміну пока­зника ВГГ ми використовували тест дисперсійного аналізу (ANOVA test) (табл. 2). Як можна побачити, незале­жні фактори А (щільність потужності випромінювання) та Р (поляризація випромінювання) викликають стати­стично значимі зміни показника ВГГ, тобто поляризація і потужність ви­промінювання відіграють значну роль у реакції клітин до мікрохвильо­вого випромінювання. Вплив віку донора (фактор B) також є статистич­но достовірним, що збігається з попе­редніми нашими дослідженнями [17]. Взаємодія факторів B - A і B - Р не є статистично достовірною, тобто вік донора не впливає на реакцію кліти­ни на мікрохвильове випромінювання.

Механізми біологічної дії мікрохвильового випромінювання ще не досліджені досконало. У ряді експериментальних досліджень [6, 19] показана наявність специфічного поглинання електромагнітного випромінювання в препаратах ДНК і білка. Мікрохвильове випромінювання здатне викликати підвищення інтенсивності смуг інфрачервоного поглинання ДНК у препаратах у вигляді сухих і вологих плівок ДНК із різних джерел, а також мономерів амінокислот і нуклеотидів [1]. Встановлено також, що ДНК у розчині має кілька резонансних частот поглинання в мікрохвильовій області, причому спектр частот поглинання змінюється при переході від циклічної,

10 мкм

Рис. 1. Клітина букального осеїном (х400).

епітелію, пофарбована

Таблиця 1

Вплив мікрохвильового випромінювання на стан хроматину у ядрах клітин людини

Варіант досліду

Донор А

Донор В

Донор С

Донор D

Донор Е

Донор F

Донор G

10 мкВт/см2

Контроль Права

16,8±0,2 25,2±0,1*

17,6±0,3

24,1±0,1*

15,6±0,2

19,6±0,5*

16,1±0,2 20,9±0,2*

17,8±0,2

23,1±0,3*

17,6±0,2

22,9±0,2*

18,7±0,4

23,9±0,6*

Ліва Лінійна

24,5±0,2* 25,3±0,2*

23,6±0,4* 18,9±0,3* 24,2±0,3* 20,6±0,3*

20,6±0,3* 20,4±0,3*

21,9±0,5* 23,5±0,1*

22,1±0,1* 24,5±0,3*

23,6±0,2* 24,6±0,2*

100 мкВт/см2

Контроль

16,8±0,2

17,6±0,3

15,6±0,2

16,1±0,2

17,8±0,2

17,6±0,2

18,7±0,4

Права

29,1±0,5*

28,2±0,3*

26,1±0,3*

28,5±0,2*

28,5±0,3*

29,2±0,3*

28,6±0,2*

Ліва Лінійна

28,4±0,1* 29,4±0,1*

27,2±0,2* 29,1±0,4*

25,6±0,1* 26,9±0,3*

27,8±0,2* 29,1±0,3*

27,6±0,2* 29,5±0,4*

28,4±0,2* 29,3±0,4*

28,1±0,4* 29,8±0,4*

Примітка. *-статистично достовірна наявність ефекту.

Таблиця 2

Розрахунок впливу щільності потужності та частоти мікрохвильового випромінювання на стан хроматину в ядрах клітин людини за допомогою ANOVA test

Фактори 1

F 1

P

A

2798.13*

0.00

P

208.33*

0.00

A*P

11.25*

0.00

B

13.14*

0.00

B*A

1.35

0.39

B*P

0.82

0.76

B*A*P

0.31

0.96

Примітка. А - незалежний фактор потужності випромінювання: 1 - 10 мкВт/см2, 2 - 100 мкВт/ см2; Р - незалежний фактор поляризації випромінювання: 1 - контроль, 2 - права, 3 -ліва, 4 - лінійна; В - залежний фактор віку донорів A-G. *-статистично достовірна наявність ефекту.

суперскрученої ДНК до лінійної форми молекули ДНК [6]. Спектр поглинання зале­жить також від довжини молекули ДНК [19].

Останнім часом було показано, що молекули ДНК відіграють значну роль у взає­модії мікрохвиль з біологічними об' єктами. Мікрохвилі можуть прискорювати реакцію перенесення електронів у молекулі ДНК, що призводить до ослаблення водневих зв' яз-ків і розходження двох ланцюгів ДНК [2].

Різницю у реакції біологічних об' єктів на право- та лівополяризоване мікрохви­льове випромінювання було показано раніше. У роботі [3] було показано, що правопо-ляризоване мікрохвильове випромінювання частотою 51,76 ГГц знижує репарацію по­шкоджень молекул ДНК після радіаційного пошкодження. Лівополяризоване випромі­нювання не впливає на процеси репарації.

Наші експериментальні дані щодо різної чутливості клітин до поляризованого мікрохвильового випромінювання, можливо, інтерпретуються у зв' язку з асиметрією біологічних молекул, у першу чергу ДНК. Відомо, що молекула ДНК - права спіраль, і тому її асиметрична взаємодія з циркулярно поляризованим випромінюванням, можли­во, є результатом стереоасиметрії молекули ДНК.

Таким чином, дані, отримані в цій роботі, демонструють важливі біологічні ефекти монохроматичного мікрохвильового випромінювання з частотою 36,64 ГГц. Мікрохвильове випромінювання викликає конденсацію хроматину в клітинах людини. Лівополяризоване випромінювання викликає меншу конденсацію хроматину, ніж лінійно поляризоване.

1. Довбешко Г. И., Литвинов Г. С. Влияние миллиметрового излучения на спектральные харак­теристики полос инфракрасного поглощения свободной и внутриклеточной ДНК // Фунда­ментальные и прикладные аспекты применения миллиметрового электромагнитного излуче­ния в медицине: Тез. докл. I Всесоюз. симп. с междунар. участием. К. 1989. Ч. 1. С. 31-33.

2. Blank M., Goodman R. Initial Interactions in Electromagnetic Field-Induced Bisynthe-sis // J. Cel. Phys. 2004. Vol. 199. P. 359-363.

3. Belyaev I. Non-thermal Biological Effects of Microwaves // Microwave Review. 2005 Vol. 11. P. 13-29.

4. Berg G., Spallek J., Schuz J. et al. Occupational Exposure to Radio Frequency Micro­wave Radiation and the Risk of Brain Tumors: Interphone Study Group, Germany // Am. J. Epidem. 2006. Vol. 164. P. 538-548.

5. Bernhardt J. H. Non-ionizing radiation safety: radiofrequency radiation, electric and magnetic fields // Phys. Med. Biol. 1992. Vol. 37. N 4. P. 807.

6. Edwards G. S., Davis C. C., Saffer J. D., Swicord M. L. Resonant microwave absorption of selected DNA molecules // Phys. Rev. Letters. 1983. Vol. 53. P. 1284-1288.

7. Garaj-Vrhovac V. Micronucleus assay and lymphocyte mitotic activity in risk assess­ment of occupational exposure to microwave radiation. // Chemosphere.1999. Vol. 39. N 13. P. 2301-2312.

8. Garaj-Vrhovac V., Fucic A., Horvat D. The correlation between the frequency of micro-nuclei and specific chromosome aberrations in human lymphocytes exposed to micro­waves // Mutat. Res. 1992. Vol. 281. P. 181-186.

9. Garaj-Vrhovac V., Horvat D., Koren Z. Effect of microwave radiation on the cell ge­nome // Mutat. Res., Mutat. Res. Lett. 1990. Vol. 243. N 2. P. 87-93.

10. Garaj-Vrhovac V., Horvat D., Koren Z. The relationship between colony-forming ability, chromosome aberrations and incidence of micronuclei in V79 Chinese hamster cells ex­posed to microwave radiation // Mutat. Res. 1991. Vol. 263. N 3. P. 143-149.

11. Hook G. J., Zhang P., Lagroye I. Measurement of DNA damage and apoptosis in Molt-4 cells after in vitro exposure to radiofrequency radiation // Rad. Res. 2004. Vol. 161. P. 193-200.

12. Kheifets L., Repacholi M., Saunders R. The Sensitivility of Children to Electromagnetic fields // Pediatrics. 2005. Vol. 116. P. 303-313.

13. Komatsubara Y., HiroseH., Sakurai T. Effect of high-frequency electromagnetic fields with a wide range of SARs on chromosomal aberrations // Mut. Res. 2005. Vol. 587. P. 114-119.

14. Lewin B. Genes VIII. Pearson. Prentice Hall. 2004.

15. Salford L. G., Brun A. E., Eberhardt J. L. et al. Nerve cell damage in mammalian brain after exposure to microwaves from GSM mobile phones // Environ. Health Perspect.

2003. Vol. 111. P. 881-883.

16. Shckorbatov Y. G. He-Ne laser light induced changes in the state of chromatin in human cells // Naturwissenschaften. 1999. Vol. 86. N 9. P. 452-453.

17. Shckorbatov Y. Age-related changes in the state of chromatin in human buccal epithe­lium cells // Gerontol. 2001 Vol. 47. P. 224-225.

18. Shckorbatov Y. G., Pasiuga V. N., Kolchigin N. N. et al. The influence of differently po­larized microwave radiation on chromatin in human cells // Int. J. Rad. Biol. 2009. Vol. 85. N 4. P. 322-329.

19. Swicord M. L., Edwards G. S., Sagripanti J. L., Davis C. C. Chaine-length-dependent microwave absorption of DNA // Biopolimers. 1983. Vol. 22. P. 2515-2516.

20. Tice R. R., Hook G. G., Donner M. et al. Genotoxicity of radiofrequency signals. I. In­vestigation of DNA damage and micronuclei induction in cultured human blood cells // Bioelectromagnetics. 2002. Vol. 23. P. 113-126.

21. Vijayalaxmi, Bisht K. S., Pickard W. F. et al. Chromosome damage and micronucleus for­mation in human blood lymphocytes exposed in vitro to radiofrequency radiation at a cellu­lar telephone frequency (847.74 MHz, CDMA) // Rad. Res. 2001. Vol. 156. P. 430-432.

22. Yadav A. S., Sharma M. K. Increased frequency of micronucleated exfoliated cells among humans exposed in vivo to mobile telephone radiations // Mutat. Res. 2008. Vol. 650. N 2. P. 175-180.

23. Yao K., Wang K. J., Sun Z. H. et al. Low power microwave radiation inhibits the prolif­eration of rabbit lens epithelial cells by upregulating P27Kip1 expression // Mol. Vis.

2004. Vol. 10. P. 138-143.

EFFECTS OF ELLIPTICALLY POLARIZED MICROWAVE RADIATION ON CHROMATIN STATE IN HUMAN CELL NUCLEI

V. Pasiuga

Institute of Biology, Kharkiv National University 4, Svobodci Ave., Kharkiv 61077, Ukraine e-mail: vpasiuga@gmail.com

The influence of microwave electromagnetic irradiation on human buccal epithelium cell nucleus was studied. Experimental conditions: frequency f=36,65 GHz, power density at the surface of exposed object P=10 and 100 uW/ cm2, exposure time - 10 seconds. Effects of three variants of electromagnetic wave polarization - linear, elliptical left-sided and elliptical right-sided polariza­tions were studied. Isolated human buccal epithelium cells were used. Cells were stained immediately after irradiation by orcein. As a measure of chromatin condensation the heterochromatin granule quantity (HGQ) was estimated. The more intense irradiation produces more chromatin condensation. The right-sided elliptically polarized irradiation demonstrates more biological activity, than the left-sided polarized one.

Key words: microwave irradiation, elliptical polarization, buccal epithelium, heterochromatin granule quantity (HGQ).

ВЛИЯНИЕ ЕЛЛИПТИЧЕСКИ ПОЛЯРИЗОВАННОГО МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА СОСТОЯНИЕ ХРОМАТИНА В ЯДРАХ КЛЕТОК ЧЕЛОВЕКА

В. Пасюга

НИИ биологии, Харьковский национальный университет имени В.Н.Каразина пл. Свободы, 4, Харьков 61077, Украина e-mail: vpasiuga@gmail.com

Изучали влияние микроволнового излучения на состояние хромати­на в ядрах клеток буккального эпителия человека. Условия эксперимента: частота 36,64 Ггц, плотность мощности на уровне объекта 10 и 100 мкВт/ см2, время облучения 10 с. Исследовали эффекты трех вариантов поляриза­ции микроволнового излучения: правосторонняя эллиптическая поляриза­ция, левосторонняя эллиптическая поляризация и линейная поляризация. Использовали изолированные клетки буккального эпителия 7 доноров раз­ного возраста мужского пола. Клетки красили раствором ацеторсеина. Оценивали состояние хроматина с помощью показателя содержания гра­нул гетерохроматина (СГГ). Правостороннее эллиптически поляризован­ное микроволновое излучение демонстрирует большую биологическую активность, чем левостороннее поляризованное излучение.

Ключевые слова: микроволновое излучение, эллиптическая поляризация, буккальний эпителий, содержание гранул гетерохрома-

тина (СГГ).

Стаття надійшла до редколегії 09.02.10 Надійшла після доопрацювання 16.04.10 Прийнята до друку 30.04.10

Страницы:
1 


Похожие статьи

В Пасюга - Вплив еліптично поляризованого мікрохвильового випромінювання на стан хроматину в ядрах клітин людини

В Пасюга - Морфологічні зміни внутрішніх органів щурівза умов впливу соків ноні