Выявление и прогнозирование мутагенной активности химических соединений окружающей среды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.15, доктор биологических наук Абилев, Серикбай Каримович

• Абилев, Серикбай Каримович
• доктор биологических наук
• 2003

Оглавление диссертации доктор биологических наук Абилев, Серикбай Каримович

Введение.

Глава 1. Проблемы оценки потенциальной генетической опасности химических соединений для человека

1.1.История вопроса.

1.2. Особенности действия химических генотоксикантов.

1.2.2. Отдаленность последствий.

1.2.1. Необратимость мутаций.

1.2.3. Одноударность действия. Зависимость доза-эффект.

1.2.4 Статистический характер действия.

1.3.11еобходимость тестирования большого числа химических соединений.

1.4. Организация процедуры тестирования.

1.4.1 .Тест-системы и их классификация.

1.4.2. «Золотой стандарт» в генетической токсикологии.

1.4.3. Два основных направления в генетической токсикологии.

1.4.4. Априорный отбор химических соединений для тестирования.

1.4.5. Этапность тестирования.

1.5. Проблемы гармонизации тест-систем и процедур тестирования.

1.6.Прогностическая значимость результатов тестирования.

1.6.1 Проблема ложных позитивных и негативных результатов.

1.6.2. Чувствительность и специфичность тест-систем.

1.6.3. Негативный и позитивный отбор.

1.6.4. Прогностическая значимость тест-системы.

1.6.5. Батареи тестов.

1.7. Исследование связи между структурой и активностью.

1.8. Ранжирование химических соединений по степени генетической опасности для человека.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Выявление и прогнозирование мутагенной активности химических соединений окружающей среды»

Среди комплекса проблем, связанных загрязнением окружающей среды, одной из актуальных и вместе с тем наименее разработанной является проблема оценки потенциальной генетической опасности химических соединений. Возникшие мутации могут привести к увеличению наследуемых генетических патологий и лежать в основе злокачественных новообразований и других соматических патологий, в частности, многочисленных заболеваний, связанных с нарушениями обмена веществ.

Сам факт, что химические соединения — загрязнители окружающей среды, также как и ионизирующая радиация, представляют реальную генетическую опасность для человека был осознан немногим более 30 лет тому назад вначале научным, а вслед за этим и всем обществом. В результате возникло повое направление в генетике - генетическая токсикология, основной задачей которой является создание методологии для классификации химических соединений по степени их потенциальной генетической опасности для человека, с целью осуществления различных регулирующих действий, направленных па предотвращение или уменьшение возможных генетических последствий воздействия химических соединений.

Вторая проблема генетической токсикологии связана с необходимостью постоянного тестирования большого числа химических соединений. В настоящее время число зарегистрированных в международном регистре (CAS - Chemical Abstract Service, http://www.cas.org') соединений составляет более 19 миллионов химических веществ. Это число увеличивается каждый день примерно на тысячу соединений. Понятно, что большая часть вновь синтезируемых соединений не попадает в среду в качестве реальных загрязнителей, однако, число «новых» загрязнителей среды также оказывается достаточно велико и составляет величину порядка 3500 в год, то есть примерно 10 соединений в день. Это обусловливает необходимость создания достаточно оперативной и экономичной системы тестирования химических соединений в отношении их потенциальной генетической опасности для человека.

Невозможность экспериментального исследования генетической активности химических соединений у человека обусловила создание и использование для этих целей различных тест систем. Поэтому результаты, получаемые при использовании тест-систем, представляют интерес не сами по себе, а лишь их прогностическая эффективность в отношении генетических последствий воздействия на человека исследуемых соединений.

За время существования генетической токсикологии созданы сотни тест-систем, однако немногие из них в результате длительных валидных исследований включены в национальные системы оценки потенциальной мутагенной или канцерогенной опасности химических соединений. Процесс валидизации теста, включающий в себя развитие протокола его использования, расширение баз данных, содержащих результаты использования теста для изучения мутагенной активности широкого спектра веществ, и оценку прогностической значимости этих результатов для разных классов химических соединений, был и остается одной из основных задач, стоящих перед генетической токсикологией.

На первом этапе развития генетической токсикологии основное внимание уделялось исследованиям краткосрочных и экономичных тест-систем in vitro, главным образом, бактериальных. В процессе развития генетической токсикологии было показано, что мутационный процесс, индуцированный химическими соединениями, в значительно большей степени, чем в случае ионизирующего излучения, зависит от особенностей метаболизма в клетках-мишенях и распределения соединения и их метаболитов по органам и тканям многоклеточного организма. Это определяет относительно низкую прогностическую эффективность тест-систем in vitro и обуславливает необходимость комплексного подхода при оценке потенциальной генетической опасности химических соединений. В результате возникает необходимость использования батарей тестов, а также наряду с биотестированием, применение внеэскпериментальпых методов, основанных на анализе связи между структурой и мутагенной активностью химических веществ. Все это в свою очередь определяет необходимость введения единого количественного критерия для оценки эффективности исследований потенциальной генетической опасности химических соединений и определения степени этой опасности по результатам тестирования для человека.

Цели и задачи работы. Цель работы состояла в разработке формализованной количественной системы оценки эффективности анализа мутагенной активности химических соединений, включая биотестирование и исследование связи между структурой и активностью, и достигаемого в ходе испытаний уровня доказанности генетической опасности.

Для достижения цели работы решались следующие задачи :

1.Проведение валидных исследований бактериальных тест-систем, направленных на увеличение их прогностической эффективности, включая усовершенствование протокола тестирования химических соединений на мутагенную активность и разработку критериев оценки полученных результатов.

2.Расширение базы данных по мутагенной активности лекарственных препаратов путем оценки их активности в тесте Эймса и исследование потенциальной мутагешюй опасности сложных смесей на примере промышленных стоков Байкальского целлюлозно-бумажного комбината.

3.Углубленные исследования особенностей мутагенного действия препаратов, широко используемых в медицине и в практике научно-исследовательских работ.

4. Обоснование и апробация, на примере шести широко используемых в практике биотсстирования методов, селективной информации в качестве количественной меры для оценки прогностической эффективности отдельных тестов и их сочетаний.

5.Разработка системы количественной оценки потенциальной мутагенной опасности химических соединений по результатам их биотест ирования.

6. Исследование связи между структурой и мутагенной активностью нитроароматических соединений с использованием экспериментальных и статистических методов анализа.

Научная пошипи. Открыты новые классы химических мутагенов: хиноксалиновые соединения, к которым относятся антибактериальные препараты диоксидин и хиноксалин, и диазапирены, к которым относятся ДДДТДП и его аналоги. Исследованы механизмы мутагенного и генотоксического действия диоксидина, ДДДТДП и бромида этидия. Установлено, что генетическая активность диоксидина зависит от парциального давления кислорода и проявляет органоснецифичсскую генотоксичность in vivo, вызывая повреждения ДНК в клетках легких мышей, ДДДТДП относится к бифункциональным агентам, а бромид эткдия активируется цитохромом Р-448.

В работе теоретически обоснован, разработан и применён количественный критерий, позволяющий проводить оценку эффективности не только отдельных тестов, но и их батарей, — как в среднем, так и для каждого получаемого в ходе тестирования результата в отдельности. В качестве этого критерия выступает селективная информация наличия (или отсутствия) мутагенных свойств у испытуемых соединений. Для построения шкалы потенциальной мутагенной опасности испытанных химических соединений использована специально введённая функция веса (уровня) доказанности, однозначно связанная со значениями полной информации, достигаемой при проведении биотестирования.

Установлены закономерности связи между мутагенной активностью в тесте Эймса и структурными особенностями нитроароматических соединения от бифенила до полицикличсских соединений - пиренов и его геюроциклических аналогов. Показано, что мутагенная активность этих соединений коррелирует с пара- положением иитрогрупп, и фрагменты структуры, способствующие планарной копформации молекулы, увеличивают ее мутагенность. Впервые показано, что увеличение числа атомов кислорода или внедрение его в молекулу в качестве гетероатома в ииреповые структуры приводит к росту мутагенных свойств соединения. Впервые на примере этих соединений для анализа связи между мутагенной активностью и химической структурой использована нейронная сеть и показано, что нейросстевые модели структура-активность обладают большей прогностической эффективностью, чем модели, основанные на м IЮ/кествсш юй регрессии.

Практическая значимость. Результаты валидных исследований теста Эймса и внесенные изменения в протокол его проведения легли в основу материалов, включенных в Методические указания по использованию бактериальных тест-систем для выявления мутагенной активности химических загрязнителей сред, разработанных по заданию Секции генетических аспектов проблемы «Человек и биосфера» МНТС при ГК СМ ССС по пауке и технике (1977, 1983, 1985 г.г.), а также в Методические рекомендации по проверке мутагенных свойств у новых лекарственных препаратов,утвержденных МЗ СССР (1985 г.)

Результаты первичной оценки расширили базу данных по мутагенной активности лекарственных препаратов. Результаты изучения мутагенной активности диоксидина вошли в материалы о генотоксичности этого препарата, на основании которых Фармакологический комитетет СССР принял решение ограничить применение диоксидина на детях.

Результаты, полученные при 6 летнем мониторинге мутагенной активности сточных вод Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, легли в основу обоснования необходимости усиления контроля за технологическими процессами очистки сточных вод Байкальского ЦБК.

Разработанные системы количественной оценки эффективности тестирования и определения потенциальной мутагенной опасности позволяют оптимизировать процедуру тестирования и устранить субъективизм при ее организации и классификации химических соединений по степени потенциальной мутагенной опасности.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации представлялись на IV Всесоюзном съезде фармакологов (Ленинград, 1976), на IV собрании Ассоциации мутагенных обществ (Гернроде, ГДР, 1976), на III-съезде Всесоюзного общества генетиков и селекционеров им. II.И. Вавилова (Ленинград, 1977), на XIV Международном генетическом конгрессе (Берлин, 1978), на заседаниях секции «Генетические аспекты проблемы «Человек и биосфера» госкомитета по науке и технике СССР (Москва, 1975, Киев, 1977, Алма-Ата, 1978, 1989, Караганда, 1990, Ашхабад, 1()82), на III конференции по теоретическим вопросам мутагенеза (Вильнюс, 1980), па Всесоюзной конференции «Актуальные проблемы оценки фармакологической активности химических соединений» (Ногинск, 1981), на Всесоюзном симпозиуме «Объем и методы генотоксической оценки и побочных эффектов биологически активных веществ» (Ленинград, 1989), на Всесоюзном симпозиуме «Микробиологоя охраны биосферы в регионах Урала и Северного Прикаспия» (Челябинск, 1990), на межведомственном рабочем совещании «Мутагены и канцерогены в окружающей среде: Новые подходы к оценке риска для здоровья (Санкт-Петербург, 1997), на IV-съезде ВОГИС (Санкт-Петербург, 2001), на Международной конференции «Новые технологии в защите биоразнообразия в водных экосистемах» (Москва, 2002), на конференции «Химический мутагенез», посвященной 90-летию со дня рождения И.А.Рапопорта (Москва, 2002) и др.

Но теме диссертации опубликованы 38 статей, материалы диссертационной работы были использованы при составлений 7 Методических указаний и рекомендаций.

Глшш 1. Проблемы оценки потенциальной генетической опасности химических соединений для человека.

1.1.История вопроса.

Проблема генетической опасности для человека возникла уже на первых ■этапах развития генетики как экспериментальной науки. Еще в 20-ые годы XX века А.С. Серебровский (Серебровский,1929) высказывал опасения, что возникающие и накапливающиеся в генофонде человека мутации могут быть причиной различ1гых патологий и, в конечном счете, привести к вырождению человека как биологического вида. Проблема генетической опасности приобрела особую актуальность после открытия Г. Меллером (Muller, 1927) способности ионизирующего излучения индуцировать мутации. Развитие идей, сформулированных Г.Меллером (Muller, 1950; Morton et.al., 1956), в дальнейшем привело к определению понятий генетического груза, к представлениям о сегрегационной и мутационной компонентах этого груза и т.д. Однако задача количественной оценки генетического груза у человека, а тем более его мутационной компоненты, оказалась очень сложной, и эта проблема не решена и сегодня (Ниль, Шелл,1958; Фогель, Мотульски, 1990)

Факт установления возможности воздействовать на наследственность •экспериментально, показанный на примере ионизирующей радиации, стимулировал поиск такой способности у химических соединений. Этот поиск осуществлялся в 30-х - начале 40-х годов за рубежом (Oehlkers, 1943) и в СССР (Сахаров, 1933; Лобашев, Смирнов, 1934), и привел к открытию химического мутагенеза И.А.Рапопортом на примере этиленимина, этиленоксида, эпихлоргидрина и других алкилирующих агентов (Рапопорт,

1946) и Ш.Ауэрбах в случае иприта и его аналогов (Auerbach, Robson, 1944;

1947).

Процесс осознания угрозы генетическому здоровью человечества со стороны химических мутагенов - загрязнителей окружающей среды начался лишь в 60-х годах. В этом плане большую роль сыграли работы японских исследователей, обнаруживших мутагенную активность у нитрофурановых соединений, применявшихся в пищевой промышленности в качестве консервантов (Endo et.al., 1963), а также установление факта индукции хромосомных аберраций в клетках крови индивидуумов, подвергшихся воздействию иприта (Conen, Lansky, 1961) . В эти же годы было показано наличие мутагенной активности у ряда широко распространенных в окружающей среде химических соединений (Сагг, 1967; De Serres, Mailing, 1969; Mohamed et.al. 1966; Ramel, 1967; Voogt, VaderVet, 1969). Основную роль в становлении генетической токсикологии сыграли радиобиологи и генетики, в частности, А.Холендер, бывший в то время директором Биологического отдела Окриджской Национальной лаборатории США. В результате, в США в 1969 г., а затем в Европе были созданы общества мутагенов окружающей среды. Это можно считать моментом рождения генетической токсикологии как науки. К середине 70-х годов были получены многочисленные результаты изучения большого числа химических соединений, использующихся в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и в быту. В 1977 году была создана Международная комиссия по защите от мутагенов и канцерогенов окружающей среды (ICPEMC-Inteniational Commission for the Protection against Environmental Mutagens and Carcinogens). Одной из главных задач ICPEMC была разработка рекомендаций, которые могли бы быть использованы в качестве основы для национальных законодательных и регулирующих проектов, направленных па минимизацию генетических последствий от мутагенов окружающей среды (Sobels, 1976). При поддержке 1СРЕМС в 80-х годах были опубликованы результаты углубленных исследований генотоксичности, включая эпидемиологические, дихлофоса (Ramel et.al.,1980), эпихлоргцдрина (Sram et.al., 1981), винилхлорида (Clemmesen,1982), лекарств от псориаза ( Bridges et.al., 1982) и изиониазида (Jansen et.al., 1980) и других широко распространенных в окружающей среде химических соединений.

В СССР исследования по генетической токсикологии развивались в рамках Секции генетических аспектов проблемы "Человек и биосфера" Государственного Комитета по Науке и Технике, руководимой академиком И.П.Дубининым. В рамках работы Секции ежегодно проводились научные конференции, издавались различные сборники научных трудов по актуальным проблемам генетической токсикологии (Дубинин, 1975, 1977 1980,1982, 1989), разрабатывались Методические рекомендации по изучению генотоксических эффектов химических соединений (Фонштейн и др., 1977; Нашим, 1978). В 1992 г. уже в России было создано Мутагенное общество, объединяющее специалистов в этой области науки.

Заключение диссертации по теме «Генетика», Абилев, Серикбай Каримович

ВЫВОДЫ

1. Исследование эффективности теста Эймса в зависимости от класса химических соединений позволило оптимизировать протокол его проведения и учета наблюдаемых мутагенных эффектов. Определены оптимальные концентрации S-9 и кофакторов, условия тестирования с и без метаболической активации, предложены мутагены для позитивного контроля и критерии регистрации значимого мутагенного эффекта.

2. Сравнительный анализ SOS-хромотеста, Rec-теета и теста Эймса показал отсутствие однозначной связи между ДНК- повреждающим и мутагенным действием химических соединений. Полученные результаты позволили сделать заключение о необходимости использования для первичной оценки потенциальной генетической активности химических соединений батарею из тестов на мутагенность и на ДНК-повреждающую активность.

3. С использованием теста Эймса впервые впервые была выявлена мутагенная активность антибактериальных средств диоксидина и хиноксидина и препаратов нибитон, ОГ-034 ДДДТДП, синтезированных в качестве перспективных лекарственных веществ. Обнаружена способность противоопухолевых средств фотрина, фопурина, проспидина, тифосфамида, циклофосфана, сарколизина и антибактериальных препаратов фурацилина, фуразолидона, фурадонина и солафура индуцировать генные мутации у микроорганизмов. В случае ДДДТДП показана его способность специфически индуцировать мутации типа сдвига рамки считывания, что в дальнейшем позволило рекомендовать его в качестве позитивного контроля в тесте Эймса.

4. При комплексном использовании микробиологических методов и методов анализа ДНК в клетках млекопитающих in vivo и in vitro показаны особенности мутагенного действия диоксидина, бромида этидия и ДДДТДП. Установлено, что мутагенный эффект диоксидина является RecA-зависимым и органоспецифическим. В случае бромида этидия показано, что его мутагенный эффект является результатом окисления цитохромом Р-448 и интеркаляции образовавшегося при этом метаболита в молекулу ДНК. Анализ кинетики восстановления повреждений ДНК, индуцированных ДДДТДП, свидетельствует в пользу того, что он относится к классу бифункциональных мутагенов.

5. Полученные при проведении 6-летнего мониторинга результаты позволили установить, что мутагенная активность сточных вод Байкальского ЦБК связана с хлорированием при отбелке целлюлозы. Полученные результаты позволили уточнить режимы химической и биологической очистки и разбавления, обеспечивающие снижение мутагенной активности сточных вод до уровня контрольной и обосновать необходимость включения теста на мутагенность в комплексную программу биомониторинга за эколого-токсикологическим состоянием различных производств

Байкальского ЦБК.

6. Проведенный экспериментальный анализ связи структура-активность для нитроароматических соединений позволил установить взаимосвязь между мутагенной активностью и пара-позицией нитрогруппы, планарностью копформации молекулы и электронодонорными или акцепторными свойствами других заместителей. Впервые обнаружено более сильное, чем у нитрогруппы, влияние карбоксильной группы в параположении на мутагенную активность производных флуоренона. Впервые установлено, что увеличение числа атомов кислорода или внедрение его в молекулу в качестве гетероатома в пиреновые структуры приводит к росту мутагенных свойств соединения.

7. При проведении исследования эффективности статистических линейно-регрессионных и нейросетевых моделей QSAR на примере 60 соединений бифенильного ряда показано, что последние обладают лучшей прогнозирующей способностью по сравнению линейно-регрессиоными моделями.

8. Показано, что включение в анализ дескрипторов, отобранных экспертным путем на основе их вероятного механизма участия в мутагенной активности, позволяет улучшить предсказательную способность математической модели, а также количественно определить их вклад в мутагенную активность в рамках рассматриваемой модели. Таким путем обнаружено, что энергия низшей незанятой орбитали Elumo и наличие нитрогруппы в пара-позиции вносят основной вклад в мутагенную активность исследованных соединений.

9. Показана целесообразность использования селективной информации в качестве количественной меры эффективности тестирования как для отдельных тестов, таки их батарей. Использование функции уровня (веса) доказанности, являющейся производной полной информации, позволяет оценивать генетическую опасность химических соединений по результатам их тестирования.

10. Созданная компьютерная база данных и специальные служебные программы позволили провести количественную оценку эффективности батарей для 6 наиболее использующихся в настоящее время тест-систем. Показана низкая эффективность тестов in vitro, как при применении отдельно, так и в составе батарей. Установлено, что эффективность тестирования связана не с увеличением числа тестов, входящих в батарею, а с включением тестов in vivo на видах, филогенетически близких к человеку.

При этом существенно большую эффективность по отношению к другим тестам показал тест по учету доминантных летальных мутаций у мышей.

11. На основе дискриминантного анализаа разработан метод, позволяющий оценивать потенциальную мутагенную опасность химических соединений с учетом числа использованных тестов и результатов их испытаний. Для выборки, включающей в себя 105 химических соединений, у которых известна мутагенная активность в половых клетках грызунов и результаты тестирования хотя бы в одном из 5 тестов (из 6 исследованных в работе) поведена количественная оценка уровня доказанности мутагенной опасности для млекопитающих

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе представлены результаты исследований, проводимых в течение 30 лет, начиная с 1973 года. Этот период времени фактически совпадает с моментом возникновения генетической токсикологии. Характер проблем и их значимость менялись в процессе развития генетической токсикологии и это не могло не отразиться на исследованиях, которые легли в основу данной работы.

На первом этапе эволюции генетической токсикологии наиболее актуальной задачей была апробация высокочувствительных краткосрочных тест-систем, главным образом, бактериальных. В этом плане в работе представлены результаты, связанные с развитием протокола теста Эймса и изучением возможностей его применения для первичной оценки мутагенной активности широкого круга химических соединений (на примере фармакологически активных соединений) и сложных смесей (на примере многолетних исследований мутагенной активности промышленных стоков Байкальского целлюлозно-бумажного комбината). Наряду с тестом Эймса, работа содержит результаты исследования SOS-хромотеста и Rec-теета, позволяющие регистрировать ДНК-повреждающее действие химических соединений, и определены области их применения.

Традиционные исследования механизма мутагенного действия химических соединений ограничивались небольшим числом агентов таких, как алкилирующие вещества, интеркапяторы, аналоги оснований и т.д. Программа оценки потенциальной генетической опасности химических соединений, введенных в биосферу, проводимая в основном с помощью бактериальных тест-систем, в первую очередь с помощью теста Эймса, существенно расширила перечень химических соединений, обладающих мутагенной активностью. Были обнаружены типы химических соединений, механизм мутагенного действия которых отличается от такового для «классических» мутагенов. В этом плане нами были обнаружены новые классы химических мутагенов: производные хиноксалина (диоксидин, хииоксидин) и гетероциклические аналоги пирена (ДДДТДП его производные). Углубленные исследования механизма действия этих мутагенов позволили обнаружить ряд ранее неизвестных особенностей мутационного процесса. На примере диоксидина была обнаружена зависимость генетического эффекта от парциального давления кислорода в тканях. В результате ДНК-повреждающее действие диоксидина наблюдалось в одном из наиболее важных органов - легких. В случае ДДДТДП показана способность ароматических соединений, состоящих из 4-х бензольных колец с гетероатомами в 2-х из них, индуцировать специфически мутации сдвига рамки считывания, так же как и акридины, состоящие из 3-х бензольных колец и являющиеся «классическими» фреймшифт-мутагенами. Обнаружение способности ДДДТДП индуцировать специфически мутации сдвига рамки считывания имело не только теоретическое, но и практическое значение, поскольку результаты исследований позволили рекомендовать и внедрить его в протокол теста Эймса в качестве мутагена для позитивного контроля.

Характеризуя первый этап развития генетической токсикологии в целом, следует отметить, что на этом этапе основная парадигма, сформулированная вначале 70-х годов и заключающаяся в этапности процесса тестирования, не подвергалась сомнению. Основные усилия исследователей были сосредоточены на создании новых тест-систем и процессы их валидизации. Однако к середине 80-х годов были получены результаты, которые поставили под сомнение правильность этой парадигмы (ICPEMC, 1983; Russel et.al., 1984). Впервые этот вопрос возник в отношении способности краткосрочных тестов прогнозировать канцерогенные эффекты химических соединений. Дальнейшие исследования показали низкую эффективность прогноза при использовании краткосрочных систем не только в случае оценки канцерогенности, и но в случае оценки мутагенной опасности химических соединений. При этом оказалось, что проблему низкой эффективности тестов невозможно решить путем простого увеличения числа тестов, входящих в батарею. Стало ясно, что при формировании батарей тестов существенную роль играет их статистическая зависимость между собой. В результате перед генетической токсикологией встал ряд новых проблем значимость которых ранее недооценивалась.

Наряду с созданием более эффективных тест-систем, способных регистрировать особенности метаболизма в клетках млекопитающих, в качестве одной из центральных возникла проблема количественной оценки эффективности тестирования при использовании батареи тестов и всей процедуры тестирования в целом. Это в свою очередь требует введения количественной меры (критерия), позволяющей проводить такого рода оценку как в среднем для всех возможных результатов, получаемых в ходе тестирования, так и для каждого результата в отдельности. Нами на примере шести наиболее часто и широко используемых тест-систем показано, что в качестве такой меры может быть использована селективная информация. При этом значение селективной информации, получаемое в ходе тестирования, позволяет не только оценивать эффективность тестов и их сочетаний (батарей), но и количественно определять уровень генетической опасности химических соединений по результатам их испытаний. Эффективность такого рода оценки зависит от степени развитости баз данных и от полноты представленных в них результатов тестирования.

Таким образом, проблема развития баз данных является еще одной проблемой, значимость которой возрастает, но которая не может быть решена в рамках одной лаборатории, а является задачей, стоящей перед международным сообществом.

Начало работ, связанных с использованием методологии QSAR для анализа потенциальной генетической опасности химических соединений следует отнести к началу 90-х годов. На первом этапе исследований такого рода наиболее актуальной проблемой, которая не решена и сегодня, является апробация различных математических моделей и набора характеристик молекулы (дескрипторов), обеспечивающих максимальную, по крайней мере приемлемую, прогностическую эффективность. В работе на примере нитроароматических соединений проведен анализ эффективности математических моделей зависимости структура-активность, основанных на множественной регрессии и нейронной сети, и показана большая эффективность последней. Сама проблема связи между структурой и потенциальной мутагенной и канцерогенной активностью химических соединений возникла и исследовалась на качественном экспериментальном уровне еще в 70-80-е годы прошлого столетия. Используя этот качественный, экспериментальный подход, в работе были проведены исследования зависимости мутагенной активности в тесте Эймса нитроароматических соединений с различными базовыми структурами (от производных бифенила до пирена и его гетероциклических аналогов) от их структурных особенностей и выявлены общие закономерности этой связи. Работы такого рода не потеряли значения и сегодня и, как показано в данной диссертации, наиболее эффективные результаты могут быть достигнуты при комплексном использовании качественного, экспериментального и статистического, количественного подходов к оценке связи между структурой и активностью.

Характеризуя развитие генетической токсикологии в целом, следует заключить, что проблема оценки потенциальной мутагенной и канцерогенной опасности химических соединений оказалась сложнее, чем представлялась на первом этапе. Эта сложность в основном связана с большей, чем это представлялась в момент зарождения генетической токсикологии, зависимостью процесса возникновения мутации от особенностей метаболизма химических соединений и их распределения по органам и тканям многоклеточного организма. В отличие от проникающей радиации мутагенез, индуцированный химическими соединениями in vivo, оказался зависимым от вида, ткани и пола млекопитающего, а в условиях in vitro - от тест-системы и различных условий проведения эксперимента.

Таким образом, проблема экстраполяции данных, полученных в суррогатных тест-системах, оказалась весьма сложной и зависимой от многих специфичных для каждой тест-системы факторов. В этих условиях представляется, что подход, связанный с развитием отдельных тестов и субьективно-экспертной оценкой их эффективности, на современном этапе развития генетической токсикологии не кажется перспективным. Решение проблемы создания эффективной технологии оценки потенциальной генетической опасности химических соединений связана не только, и скорее всего не столько с созданием новых тест-систем, сколько с формированием системы комплексного анализа, включающего в себя биотестирование и QSAR-анализ.

Список литературы диссертационного исследования доктор биологических наук Абилев, Серикбай Каримович, 2003 год

1. Абилев С.К. Метаболическая активация мутагенов // М., ВИНИТИ. 1986. Общая генетика, Т.9. С.5-96.

2. Абилев С.К., Абдразаков М.М. Изучение ДНК-повреждающей активности мутагенного производного тетрагидродиазапирена ДДДТДП // Генетика. 1990. Т.26. N9. С. 1686-1684.

3. Абилев С.К., Фонштейн JI.M., Мигачев Г.И., АндриевскийА.М. О мутагенном действии производного тетрагидродиазапирена // Генетика. 1979. Т. 15. N5. С.807-811.

4. Абилев С.К., Любимова И.К. Метод QSAR и его роль в общей процедуре тестирования генотоксичности // В сб.: Мутагены и канцерогены в окружающей среде: Новые подходы к оценке риска для здоровья // Санкт-Петербург: НИИ Химии СПбГУ. 1998. С.117-126.

5. Абилев С.К., Любимова И.К., Мигачев Г.И. Зависимость мутагенной активности гетероциклических аналогов пирена от их химической структуры // Генетика. 1992. Т.28. № 8. С.52-59.

6. Абилев С.К., Порошенко Г.Г. Ускоренные методы прогнозирования мутагенных и бластомогенных свойств химических соединений //М., ВИНИТИ. 1986. Токсикология, Т. 14. С. 170.

7. Абилев С.К., Фонштейн Л.М., Дуган A.M. Статистическая обработка данных тестирования на мутагенность методом Эймса Salmonella/микросомы //Статистическая обработка данных тестирования на мутагенность (Методическое указание). Вильнюс. 1989. С.6-11.

8. Алтухов Ю.П. Генетические процессы а популяциях //М.: ИКЦ «Академкнига». 2003. 431 с.

9. Ажаев С.А. Цитогенетический эффект производных этиленимина в культуре лимфоцитов человека. Сообщение III. Анализ типов хромосомных аберраций // Генетика. 1974. №12. С.156-160.

10. Асланян М.М. Метод оценки рецессивных леталей и его место в системе биотестирования / В сб.: Мутагены и канцерогены в окружающей среде: Новые подходы к оценке риска для здоровья // Санкт-Петербург: НИИ Химии СПбГУ. 1998. С.131-137.

11. Асланян М.М., Ким А.И. Мутанты дрозофилы, чувствительные к ММС. Выделение и генетический анализ // Научные доклады высшей школы. Биол. науки. 1981. № 11. С.83-88.

12. Ауэрбах Ш. Проблемы мутагенеза // М.: Мир. 1978. 463 с.

13. Баскин И.И., Любимова И.К., Абилев С.К., Палюлин В.А., Зефиров Н.С. Исследование количественной связи между мутагенной активностью химических соединений и их структурой. Замещенные бифенилы // Докл. АН. 1993. Т.332. № 5. С.587-589.

14. Баскин И.И., Любимова И.К., Абилев С.К., Палюлин В.А., Зефиров Н.С. Количественная связь между мутагенной активностьюгетероциклических аналогов пирена и фенантрена и их структурой // Докл. АН. 1994. Т.339. № 1. С. 106-108.

15. Белицкий Г., Худолей В. Краткосрочные тесты в системе выявления канцерогенных для человека химических соединений //Вопросы онкологии. 1986. Т.32. N 4. С.3-11.

16. Бобринев Е.В., Облапенко Н.Г., Подольная М.А., Фонштейп Л.М. Анализ и планирование экспериментов с использованием теста Salmonella/микросомы//Генетика. 1983. Т. 19. №1. С. 1835-1840.

17. Боровиков В. STATISTICA: искусство анализа данных на компьютере. Для профессоналов // СПб.: Питер. 2001. 656 с.

18. Бочков Н.П., Чеботарев А.Н. Наследственность человека и мутагены внешней среды // М.: Медицина. 1989. 272 с.

19. Бочков Н.П., Шрам Р.Я., Кулешов Н.П., Журков B.C. Система оценки химических веществ на мутагенность: общие принципы, практические рекомендации и дальнейшие разработки // Генетика. 1975. Т.П. № 10. С.156-169.

20. Воробьева Л.И., Чердынцева Т.А., Абилев С.К. Антимутагенное действие культуральной жидкости бактерий на мутагенез у штаммов

21. Salmonella typhimurium, индуцированный 2-нитрофлуореном // Генетика. 1995. Т.31. №7. С.901-907.

22. Воробьева Л.И., Абилев С.К. Антимутагеппые свойства бактерий (Обзор). //Прикладная биохим. и микробиол. 2002. Т.38. N2. С. 115-127.

23. Глазер В.М., Котелевцев С.В., Степанова Л.И., Абилев С.К., Буевич Г.В., Бейм A.M., Оценка на мутагенность в тесте Эймса сточных вод и прозводственных потоков Байкальского целлюлозно-бумажного комбината//Биол. науки. 1990. N 1. С. 101-109.

24. Давиденко Т.Н., Романовская И.И., Бондаренко Г.И. Ферментативное восстановление нитросоединений //ВИНИТИ. 1990. Биол. химия. Т.34. С. 1-119.

25. Джеджелава Д.А, Егоров И.А., Тарасов В.А. Рекомбинантная плазмида для выявления мутагенов, индуцирующих SOS-функции в клетках Escherichia coli // Докл. АН СССР. 1998. Т. 298. С.473-476.

26. Джеджелава Д.А., Егоров И.А., Тарасов В.А. Индукция SOS-функций в клетках E.coli при действии различных типов химических мутагенов // Генетика. 1989. Т.20. № 9. С.1551-1558.

27. Дубинин Н.П. (Ред.) Генетические последствия загрязнения окружающей среды (материалы Секции), вып .1. М. 1975.

28. Дубинин Н.П. (Ред.) Генетические последствия загрязнения окружающей среды (материалы Секции), вып .2. М. 1977.

29. Дубинин Н.П. (Ред.) Генетические последствия загрязнения окружающей среды (материалы Секции), вып. 3. МЛ980.

30. Дубинин Н.П. (Ред.) Современные проблемы генетических последствий загрязнений окружающей среды и охраны генофонда (материалы Секции). Алма-Ата. «Наука». 1989. 192 с.

31. Дубинин Н.П. Проблемы радиационной генетики // М.: Атомиздат. 1961.39