Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Актуальные проблемы биологии, медицины и экологии» (2004 год, выпуск 1), под редакцией проф., д.м.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника

Исследовано влияние электромагнитного излучения крайне высокой частоты (ЭМИ КВЧ) на частоту мейотической рекомбинации и силу генетической интерференции у самок Drosophila melanogaster, облученных на различных стадиях индивидуального развития. Показана зависимость рекомбинационных эффектов от продолжительности облучения и функционального состояния объекта исследования.
Введение
В процессе развития и жизнедеятельности организм находится под постоянным воздействием различных физических полей, активно используя их в самоорганизации живой материи. В зависимости от параметров этих полей происходят изменения в развертывании онтогенетической программы организма и его гомеостатических реакциях [1]. Возрастающее использование новых источников ЭМИ, усиливающееся глобальное и локальное изменение ЭМ баланса в биосфере определяют необходимость оценки эволюционно значимого влияния ЭМИ на развитие организма, функционирование его репродуктивной системы и сопряженные с ним генетические процессы. Одним из этапов гаметогенеза является универсальный процесс точного молекулярного спаривания хромосом в мейозе и обмена гомологичными последовательностями ДНК (кроссинговер), обеспечивающий рекомбинацию генов и являющийся одним из источников генетической изменчивости [2]. Целью настоящей работы явилось изучение влияния ЭМИ КВЧ, широко используемого в медицине, на частоту рекомбинационных событий в зависимости от параметров воздействия и функционального состояния облучаемого организма.
Материал и методы исследования
В качестве объекта исследований нами была использована Drosophila melanogaster M. линий: Д-32 - “дикий тип”; bcnvg - black (II; 48,5), cinnabar (II; 57,5), vestigial (II; 67,0) [3]. Воздействию ЭМИ КВЧ подвергали гетерозигот b+cn+vg+/bcnvg на стадии яйца (через 1,5 часа после откладки), личинки (в возрасте 96 часов постэмбрионального развития), куколки (на стадии 24-38 часов куколочного развития) или имаго (в возрасте 2-3 суток после вылета). Воздействие осуществлялось излучением с шумовым спектром, достаточно равномерно распределенным в диапазоне частот 53,57 – 78,33 ГГц (длины волн от 5,6 до 3,8 мм). При этом мощность излучения составляла около 1,0 мкВт, спектральная плотность мощности шума - 4×10 17 Вт/Гц, время экспозиции - 1, 10, 20 и 30 мин. В качестве источника ЭМИ КВЧ использовали аппарат КВЧ-терапии шумовым излучением «АМФИТ-0,2/10-01».
Во всех экспериментах опытных и контрольных гетерозигот включали в анализирующее скрещивание и помещали на питательную среду. В случае облучения объекта на стадии яйца, личинки или куколки период размножения родительских форм составлял 8 суток (два этапа по 4 суток; по окончании первого этапа родительских особей переносили на свежую среду, в конце второго - устраняли из эксперимента). В случае облучения гетерозигот на стадии имаго I этап исследования продолжался 5 суток, после чего мух дважды пересаживали на питательную среду через 4 суток (II и III этапы исследования). Выбор стадий воздействия ЭМИ КВЧ и продолжительность размножения родительских форм определялись особенностями гаметогенеза у D. melanogaster [4]. Оценку уровня рекомбинационной изменчивости производили при использовании маркерного анализа потомства экспонированных гетерозигот с учетом дифференциальной жизнеспособности различных генотипов [5-8], силу генетической интерференции определяли по значению коэффициента коинциденции [9]
Результаты собственных исследований и их обсуждение
Результаты исследования влияния ЭМИ КВЧ на частоту мейотической рекомбинации показали, что изучаемый фактор обладает рекомбинационной эффективностью. Рекомбинационный эффект данного типа ЭМИ в значительной степени зависел от стадии развития объекта исследования и периода его постэкспозиционного размножения. При этом вызываемая ЭМИ КВЧ модификация кроссинговера носила дифференцированный характер в различных исследуемых сегментах хромосомы 2, являясь результатом взаимодействия типа сегмент-доза-стадия.
            Так, облучение самок-гетерозигот на стадиях яйца и личинки вызвало изменения уровня рекомбинации в интервале b-cn только при экспозиции 1 мин. Частота кроссинговера была достоверно выше контрольного значения на I этапе исследования в случае облучения эмбрионов, и по данным двух этапов размножения у особей, облученных на стадии личинки.
В интервале cn-vg было выявлено антирекомбиногенное действие ЭМИ КВЧ на II этапе исследования в случае облучения гетерозигот на стадии яйца продолжительностью 20 и 30 мин, по данным двух этапов исследования - в случае экспозиции 30 мин. У особей, подвергнутых воздействию ЭМИ КВЧ в течение 30 мин на стадии личинки, также наблюдалось снижение частоты рекомбинационных событий, отмеченное на I этапе исследования.
Изменения, вызванные ЭМИ КВЧ в районах b-cn и cn-vg хромосомы 2, отразились на уровне рекомбинации в интервале b-vg. Так, облучение гетерозигот на стадии яйца оказало рекомбиногенное действие на I этапе исследования при экспозиции 1 мин, антирекомбиногенное - на II этапе в случае облучения самок продолжительностью 20 и 30 мин, по суммарным данным двух этапов исследования – в результате воздействия в течение 30 мин. При облучении самок–гетерозигот на стадии личинки антирекомбиногенное действие наблюдалось только на I этапе исследования после 30-минутной экспозиции.
В результате облучения объекта на стадии куколки в прицентромерном районе b-cn наблюдалась активация рекомбинационного процесса на II этапе исследования в случае применения ЭМИ КВЧ продолжительностью 1 и 20 минут.
В интервале cn-vg на I этапе исследования облучение куколок продолжительностью 30 минут привело к снижению частоты кроссинговера. На II этапе и по результатам всего периода размножения воздействие ЭМИ КВЧ ингибировало рекомбинационные процессы при экспозиции 10, 20 и 30 минут
В интервале b-vg  хромосомы 2 на II этапе, а также по данным двух этапов исследования изучаемый фактор также оказывал антирекомбиногенное действие при экспозициях 10, 20 и 30 минут.
Иной характер рекомбинационного ответа исследуемых сегментов хромосомы 2 на применяемое воздействие наблюдался в случае облучения самок-гетерозигот на стадии имаго. Так, в интервале b-cn облучение взрослых особей продолжительностью 1 минута привело к достоверному снижению уровня рекомбинации на I, II, III этапах и по результатам всего периода размножения. Антирекомбиногенный эффект ЭМИ КВЧ, применяемого в течение 10 и 20 минут, был отмечен на III этапе исследования. При этом снижение частоты кроссинговера при экспозиции 10 минут отразилось на результатах всего периода размножения.
В интервале cn-vg  антирекомбиногенное действие ЭМИ КВЧ проявилось на I этапе при экспозиции 1 минута, а по результатам трех этапов исследования – при облучении продолжительностью 10 и 30 минут.
В районе b-vg  ЭМИ КВЧ, применяемое в течение 1 и 30 минут, привело к снижению уровня рекомбинации на  I этапе исследования. Вместе с тем, на II этапе воздействие данного фактора продолжительностью 20 минут обусловило некоторое повышение частоты рекомбинационных событий. На III этапе исследования облучение не оказало влияния на рекомбинационные процессы, в то время как по данным всего периода размножения каждый из применяемых нами режимов воздействия (1, 10, 20 и 30 минут) характеризовался антирекомбиногенной эффективностью.
Исследование влияния ЭМИ КВЧ на частоту двойного кроссинговера показало, что используемые нами режимы облучения оказались неэффективны по отношению к множественному перекресту хромосом на всех исследуемых стадиях развития.
В случае воздействия ЭМИ КВЧ с некоторыми параметрами наблюдались изменения силы генетической интерференции у самок, облученных на стадиях личинки, куколки и имаго. Облучение личинок в течение 10 мин привело к повышению значения коэффициента коинциденции на I этапе исследования и к его снижению на II этапе. Воздействие ЭМИ КВЧ продолжительностью 20 мин на стадии куколки также вызвало ослабление силы взаимного влияния обменов в соседних участках хромосомы 2 по данным II этапа и всего периода размножения. В результате облучения самок-гетерозигот на стадии имаго в течение 1 мин на I этапе исследования было отмечено увеличение коэффициента коинциденции, а в случае воздействия ЭМИ КВЧ продолжительностью 30 мин – его снижение до нуля. При этом полная положительная интерференция наблюдалась на III этапе исследования в результате облучения взрослых особей в течение 1, 10 и 30 мин.
Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют полагать, что ЭМИ КВЧ при используемых нами режимах облучения способно оказывать прямое или опосредованное влияние на функционирование репродуктивных систем, изменяя характер протекания совокупности процессов, обеспечивающих оптимальный уровень рекомбинации. При этом зависимость рекомбинационной эффективности от параметров облучения, периода гаметогенеза и функционального состояния облучаемого организма требуют дальнейшего изучения для определения информационного значения используемого вида ЭМ воздействия на индивидуальное развитие организма и функционирование его наследственных структур.

Литература
1.      Будаговский А.В. Воздействие экзогенных и эндогенных полей на метаболизм клетки // Электромагнитные излучения в биологии. Труды международной конференции (БИО-ЭМИ-2000). – Калуга: Издательство КГПУ им. К.Э. Циолковского, 2000.- С.32-37.
2.      Жученко А.А., Король А.Б. Рекомбинация в эволюции и селекции.- М.: Наука, 1985.- 400с.
3.      Lindsley D.L., Grell E.N. Genetic Variation of Drosophila melanogaster.- Carnegie Inst. Wash. Publ., 1968.- №627.- 471p.
4.      Проблемы генетики в исследованиях на дрозофиле / Под ред. Н.Н. Хвостовой.- Новосибирск: Наука, Сибирское отд., 1977.- 248с.
5.      Бейли Н. Математика в биологии и медицине.- М.: Мир, 1970.- 326с.
6.      Bailey N.T.J. Introduction to the Mathematical Theory of Genetic Linkage.- Oxford: Clarendon Press, 1961.- 298p.
7.      Kuspira J., Bhambhani R.N. A Simple Method for Estimating Recombination Percentages and Linkage Intensities from F2 Data: Examples from Triticum monococcum and Other Self-Fertilizing Diploid Plant Species // Theor. Appl. Genet.- 1984.- V.68, №112.- P.61-67.
8.      Rahman N.A. Estimation of Linkage with Censored Data // Heredity.- 1964.- V.19, №3.- P.512-515.
9.      Stevens W.L. The Analysis of Interference // J. Genet.- 1936.- V.32.- P.56-64.