Вплив радіаційних, термічних та хімічних чинників на різних стадіях онтогенезу на тривалість життя та біологічний вік Drosophila melanogaster - Автореферат

У звязку із загостренням демографічної кризи в Україні та підвищенням рівня забрудненості територій (зокрема, внаслідок аварії на ЧАЕС) зросла потреба у проведенні досліджень, присвячених вивченню впливу чинників оточуючого середовища на життєздатність та темп старіння організмів. У контексті даного напрямку досліджень безсумнівний інтерес представляє комплексна оцінка впливу широкого спектру факторів навколишнього середовища, що детермінують вікову смертність (температура, радіація, тощо), з використанням сучасних статистичних методів. Також нову інформацію щодо факторів, які модифікують темп старіння та смертність, можна отримати завдяки використанню сучасних статистичних моделей, зокрема, моделей Гомперця та біологічного віку, а також застосуванню методів багатомірної статистики, зокрема, моделі факторного аналізу. Базовими для підготовки та подання дисертаційної роботи, в яких здобувач приймала участь у проведенні досліджень та аналізі результатів, були такі науково-дослідні роботи, виконані у межах наукової тематики Інституту геронтології АМН України: - Математичне і експериментальне моделювання впливу екологічних факторів на старіння, вікову смертність та тривалість життя і медико-демографічна оцінка наслідків аварії на ЧАЕС (1992-1995 рр., номер державної реєстрації UA01002438P). Метою роботи було визначення змін біологічного віку, смертності та тривалості життя Drosophila melanogaster, спричинених впливом ушкоджуючих чинників фізичної та хімічної природи на різних стадіях онтогенезу комах.З метою вивченням комбінованого впливу чинників оточення на ТЖ та БВ комах використовували: температурний стрес на стадії яйця дрозофіл (37ОС протягом 1 год, 7ОС протягом 1 год), на стадії імаго дрозофіл (35,5 ± 0,5 ОС протягом 2 год); Рентгенівське опромінення здійснювали одноразово на стадії яйця (у дозах 0,1; 0,3; 0,5; 1; 2 та 4 Гр) та імаго (у дозах 56; 108; 160; 240 та 400 Гр). Підвищення інтересу до проблеми віддалених наслідків опромінення, а також ствердження деяких авторів про те, що потенціал ТЖ визначається на ранніх стадіях життя (Гаврилов Л.А., Гаврилова Н.С., 1991; Yonemura et al., 1991) спонукало нас до вивчення впливу опромінення на передімагінальних стадіях на життєздатність імаго дрозофіл та нащадків першого покоління. Виявлено достовірне зниження смертності на передімагінальних стадіях у мух, опромінених у дозі 0,1 Гр (в 3 рази у порівнянні з контролем), а у мух, опромінених у дозах 1 Гр, 2 Гр та 4 Гр - виявлено підвищення смертності в 2, 3 та 4 рази відповідно у порівнянні з контролем. Опромінення менше впливало на темп смертності самок у порівнянні із самцями, що узгоджується з їх вищою резистентністю до опромінення.Виявлено статеві відмінності реакції комах на опромінення: самці демонструють нижчу резистентність до радіації порівняно із самками, але кращу спроможність у вияві гормезисних ефектів. Продемонстровано нелінійний характер змін як фізіологічних показників, так і тривалості життя Drosophila melanogaster після опромінення у різних дозах: великі дози спричиняють радіаційний синдром, середні - прискорюють темп смертності, а в діапазоні малих доз можливі прояви радіаційного гормезису. Виявлено відмінності біологічного ефекту радіації в залежності від стадії розвитку комах, на якій здійснюється радіаційний вплив: опромінення на стадії яйця спричиняє підвищення рівня смертності молодих комах, не впливаючи на темп старіння тих, що вижили, а опромінення на стадії імаго прискорює темп старіння. Опромінення у дозі 4 Гр на стадії яйця призводило до виражених деструктивних змін, що нагадували вікові, а саме: ущільнення цито-і каріоплазми нейронів, їх набряк та вакуолізацію, накопичення в цитоплазмі клітин (як нейронів, так і глії) великої кількості щільних тілець, вторинних лізосом, пігментних гранул, ліпідних включень та мембранних залишків, підвищення рівня вірусних включень (як в ядрі, так і в цитоплазмі). При опроміненні у дозі 400 Гр на стадії імаго комах виявлено короткочасну стимуляцію фізіологічних показників та віддалений негативний ефект (через 20-25 діб після опромінення), який проявлявся у підвищенні біологічного віку та смертності комах.

Основний зміст роботи

Досліджені радіаційні, фізичні та хімічні фактори істотно змінюють перебіг фізіологічних процесів, зумовлених природним старінням; вплив цих факторів залежить від стадії онтогенезу дрозофіли і статі комах. Найбільші зміни темпу старіння зумовлені радіаційним чинником; його ефект неоднозначно модифікується впливом теплового шоку, застосуванням алюмінію та ауринтрикарбонової кислоти.

Виявлено статеві відмінності реакції комах на опромінення: самці демонструють нижчу резистентність до радіації порівняно із самками, але кращу спроможність у вияві гормезисних ефектів.

Продемонстровано нелінійний характер змін як фізіологічних показників, так і тривалості життя Drosophila melanogaster після опромінення у різних дозах: великі дози спричиняють радіаційний синдром, середні - прискорюють темп смертності, а в діапазоні малих доз можливі прояви радіаційного гормезису.

Виявлено відмінності біологічного ефекту радіації в залежності від стадії розвитку комах, на якій здійснюється радіаційний вплив: опромінення на стадії яйця спричиняє підвищення рівня смертності молодих комах, не впливаючи на темп старіння тих, що вижили, а опромінення на стадії імаго прискорює темп старіння.

Опромінення дрозофіл у дозі 0,5 Гр на стадії яйця викликало розвиток в клітинах мозку імаго гіперплазію та гіпертрофію мітохондрій, що свідчить про функціональне напруження деяких внутрішньоклітинних систем. Опромінення у дозі 4 Гр на стадії яйця призводило до виражених деструктивних змін, що нагадували вікові, а саме: ущільнення цито- і каріоплазми нейронів, їх набряк та вакуолізацію, накопичення в цитоплазмі клітин (як нейронів, так і глії) великої кількості щільних тілець, вторинних лізосом, пігментних гранул, ліпідних включень та мембранних залишків, підвищення рівня вірусних включень (як в ядрі, так і в цитоплазмі). Водночас відбувались і процеси гіперплазії гранулярного ендоплазматичного ретикулуму та рибосом, а також гіпертрофії мітохондрій, збільшувалась кількість ламелярних структур гліального походження, які оточують нейрони, що свідчить про розвиток компенсаторних процесів та збільшення функціональної активності частини клітин на фоні тяжких деструктивних змін іншої частини.

При опроміненні у дозі 400 Гр на стадії імаго комах виявлено короткочасну стимуляцію фізіологічних показників та віддалений негативний ефект (через 20-25 діб після опромінення), який проявлявся у підвищенні біологічного віку та смертності комах. Опромінення молодих імаго викликало прискорення темпу старіння, а опромінення імаго у другій половині життя призвело до розвитку радіаційного синдрому. З віком чутливість до опромінення у дрозофіл на стадії імаго знижувалася.

Додавання інкорпорованих радіонуклідів (137Cs та 90Sr) в корм на передімагінальних стадіях Drosophila melanogaster призводило до достовірного зниження ТЖ комах. Біологічна ефективність 90Sr була вище у порівнянні із 137Cs. Зовнішнє опромінення комах на стадії личинки модифікувало формування накопиченої дози інкорпорованих радіонуклідів.

Продемонстровано що застосування теплового шоку перед опроміненням на стадії яйця призводить до модифікації радіаційних ефектів: короткочасній стимуляції деяких фізіологічних показників з подальшим зниженням тривалості життя. Застосування теплового шоку перед опроміненням на стадії імаго спричинює більший радіопротекторний ефект, ніж після опромінення.

Додавання до корму мух нітрату алюмінію у дозі 20 г/л привело до гормезису (покращення біологічного віку та подовження тривалості життя комах), а у поєднанні з опромінюванням у великій дозі (400 Гр) посилювало негативний ефект радіації.

Застосування інгібітору апоптозу ауринтрикарбонової кислоти (АТК) після опромінення у малій дозі (0,5 Гр) на стадії яйця спричинювало радіопротекторний ефект; при опроміненні у великій дозі (2 Гр) застосування АТК збільшувало ушкоджуючий ефект радіації.

Коваль О.А., Кошель Н.М., Вайсерман А.М., Войтенко В.П. Радиационное старение Drosophila melanogaster // Пробл. старения и долголетия. 1994. 4, №2. 193-202. (Здобувач досліджував смертність комах та розраховував їх тривалість життя, проводив статистичну обробку отриманих даних).

Вайсерман О.М., Кошель Н.М., Войтенко В.П. Тривалість життя Drosophila melanogaster після рентгенівського опромінення на стадії личинки // Биологический Вестник Харьковского ун-та. 1998. 2, № 1. 34-37. (Здобувач здійснював методику опромінення комах на стадії личинки, досліджував смертність комах та розраховував їх тривалість життя).

Кошель Н.М., Вайсерман А.М., Войтенко В.П. Влияние облучения на стадии яйца на жизнеспособность и продолжительность жизни имаго Drosophila melanogaster и их потомков // Пробл. старения и долголетия. 1999. 8, № 1. 16-21. (Особистий внесок здобувача полягає у налагодження методик визначення інтенсивності метаболізму та маси тіла комах, розрахунку темпу вимирання комах, оформленні отриманих даних в таблиці та рисунки).

Вайсерман А.М., Кошель Н.М., Войтенко В.П. Влияние рентгеновского облучения в раннем онтогенезе на жизнеспособность и продолжительность жизни Drosophila melanogaster // Пробл. старения и долголетия. 2000. 9, № 1. 33-41. (Здобувач приймав участь у формуванні таблиць смертності комах, застосуванні моделі Гомперця до даних смертності, статистичній обробці отриманих даних).

Войтенко В.П., Вайсерман А.М., Кошель Н.М., Мозжухина Т.Г., Литошенко А.Я. Влияние рентгеновсого облучения в раннем онтогенезе на структурно-функциональную организацию ДНК и продолжительность жизни Drosophila melanogaster // Пробл. старения и долголетия. 2000. 9, № 4. 323-330 (Особистий внесок здобувача полягає у підготовці біологічного матеріалу для морфологічних та молекулярних досліджень, формуванні таблиці смертності та розрахунку тривалості життя комах).

Вайсерман А.М., Кошель Н.М., Войтенко В.П. Гормезис та його можлива роль при експериментальному вивченні геропротекторів // Биологический Вестник Харьковского ун-та. 2000. 4, № 1-2. 37-41. (Здобувач приймав участь у проведенні тестів для розрахунку БВ комах (тест на локомоторну активність, витривалість до стресів (тепловий шок та позбавлення корму), здійснював статистичне порівняння отриманих даних).

Vaiserman A.M., Koshel N.M., Voitenko V.P. Influence of a x-ray irradiation in early ontogenesis on viability and duration of life in Drosophila melanogaster // Problems of ageing and longevity. 2000. V. 8, N 4, P. 10-15 (Дисертант проводив тестування фізіологічних змін комах на стадії імаго, розраховував тривалість життя, здійснював статистичне порівняння даних).

Вайсерман А.М., Кошель Н.М., Войтенко В.П. Взаимосвязь репродуктивной активности и продолжительности жизни Drosophila melanogaster // Пробл. старения и долголетия. 2001. 10, № 1. 11-21. (Здобувач проводив заміри репродуктивної активності комах, готував таблицю смертності мух).

Кошель Н.М., Вайсерман А.М., Савінова В.А., Войтенко В.П. Температурні модифікації радіаційного ефекту у Drosophila melanogaster // Вісник Черкаського ун-ту. Біол. науки. 2002. вип. 32. С. 92-97. (Здобувач виконував експериментальну частину по вивченню тривалості життя та фізіологічних параметрів комах, розраховував біологічний вік комах).

Кошель Н.М., Вайсерман О.М., Савінова В.А., Войтенко В.П. Модифікація радіаційно-індукованого старіння Drosophila melanogaster за допомогою інгібітору апоптозу ауринтрикарбонової кислоти // Вісник Черкаського ун-ту. Біол. науки. 2002. вип. 39. С. 84-87 (Дисертант виконував експериментальну частину по вивченню тривалості життя та фізіологічних параметрів комах, здійснював статистичну обробку отриманих даних, готував текст статті).

Вайсерман А.М., Литошенко А.Я., Квитницкая-Рыжова Т.Ю., Кошель Н.М., Мозжухина Т.Г., Михальский С.А., Войтенко В.П. Молекулярные и клеточные аспекты радиационного гормезиса у Drosophila melanogaster // Цитология и генетика. 2003. 37, № 3. С. 41-48 (Особистий внесок здобувача полягає у підготовці біологічного матеріалу для морфологічних та молекулярних досліджень, підготовці таблиць смертності, розрахунок тривалості життя комах та вимірюванні ряду фізіологічних параметрів комах).

Vaiserman A.M., Koshel N.M., Litoshenko A.Y., Mozzhukhina T.G., Voitenko V.P. Effects of X-irradiation in early ontogenesis on the longevity and amount of the S1 nuclease-sensitive DNA sites in adult Drosophila melanogaster // Biogerontology. 2003. 4. P. 9-14 (Дисертант виконував експериментальну частину по вивченню тривалості життя та фізіологічних параметрів комах, проводив статистичну обробку результатів дослідження).

Кошель Н.М., Вайсерман А.М., Кутлахмєдов Ю.О., Михєєв О.М., Войтенко В.П. Вплив інкорпорованих радіонуклідів на тривалість життя Drosophila melanogaster. Проблеми радіаційної медицини та радіобіології. Київ, 2004. Вип. 10. с. 347-352 (Дисертант фіксував смертність комах, розраховував середню та максимальну тривалість життя та проводив статистичне порівняння отриманих даних).

Vaiserman A.M., Koshel N.M., Mechova L.V., Voitenko V.P. Cross-life stage and cross-generational effects of g irradiations at the egg stage on Drosophila melanogaster life histories // Biogerontology. 2004. 5. P. 327-337 (Дисертант опрацьовував методику опромінення комах на стадії яйця, приймав участь у підготовці таблиці смертності, розраховував середню та максимальну тривалість життя комах, проводив статистичне порівняння результатів дослідження).