Человек в своей повседневной деятельности сталкивается с множеством химических веществ, используемых в огромном количестве в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и в быту. Экспериментальные исследования, проведенные в течение последних трех десятилетий, показали, что немалое число химических соединений обладает мутагенной активностью. Мутагены обнаружены среди лекарств, косметических средств, химических веществ, применяемых в сельском хозяйстве, промышленности; перечень их все время пополняется. Издаются справочники и каталоги мутагенов. Поэтому мы ограничимся описанием только ряда факторов, мутагенное действие которых хорошо исследовано.

1.1. Вещества, применяемые в промышленности

Мономер винилхлорида производится промышленностью более 50 лет. Свыше 95% его используется для производства синтетических смол. Винилхлорид вызывает мутации у различных тест-организмов. Мутагеном является не сам винилхлорид, а его метаболиты, в первую очередь, хлорэтиленоксид. Последний обладает сильнейшими мутагенными и канцерогенными свойствами для млекопитающих.

В различных исследованиях, охватывающих большое количество людей, имеющих профессиональный контакт с винилхлоридом, показана его цитогенетическая активность. Частота аберраций хромосом в лимфоцитах у исследованных рабочих зависела от стажа работы с винилхлоридом и концентрации винилхлорида в воздухе рабочих помещений (Purchase et al., 1975, 1978; Hansteen et al., 1978).

Эпихлоргидрин широко используется в производстве эпоксидных смол, лекарств и является мутагеном для ряда тест-организмов. Цитогенетическое обследование рабочих, имеющих профессиональный контакт с эпихлоргидрином, выявило повышение частоты аберраций хромосом по сравнению с контролем (Kucerova et al., 1976, 1977). Частота аберраций возрастала с увеличением стажа работы с эпихлоргидрином, а также с повышением уровня его содержания в воздухе рабочих помещений.

Мутагенной активностью обладает стирол, использующийся в производстве полиэфирных пластмасс, и хлорпрен, применяемый в производстве полихлорпреновых эластомеров.

Большое количество исследований посвящено изучению мутагенной активности тяжелых и ряда других металлов, содержание которых в воздухе промышленных городов, пищевых продуктов достигает критического уровня. Установлена мутагенная активность соединений свинца, цинка, ртути, хрома и других металлов.

Соединения 6-валентного хрома вызывают мутации во многих прокариотических и эукариотических тест-системах как in vivo, так и in vitro. Цитогенетическое обследование групп рабочих, профессионально контактирующих с хромом, выявило, что частота клеток с аберрациями хромосом достоверно больше, чем в контроле, и пропорциональна продолжительности контакта с хромом (Бигалиев, Туребаев, 1977). Кроме того, установлено, что хром при профессиональном контакте ингибирует синтез ДНК в клетках человека (Бигалиев и др., 1979).

1.2. Вещества, применяемые в сельском хозяйстве

Интенсивная химизация сельского хозяйства привела к повышению урожайности и одновременно к загрязнению окружающей среды пестицидами и другими химическими соединениями. Анализ результатов изучения генетической активности ядохимикатов показал, что многие из них являются мутагенами (Куринный, Пилинская, 1979;Пилинская, 1986). Из 400 изученных пестицидов 262 вещества (65%) показали мутагенную активность на каком-либо тест-объекте. Прослеживается четкая зависимость между выявляемостью мутагенов среди пестицидов и числом использованных тест-объектов. Если среди пестицидов, изученных на одном объекте, число препаратов, обладающих мутагенными свойствами, составило 49,2%, то при использовании двух, трех и более объектов мутагенная активность была обнаружена у 68,7; 82,5 и 97,1% веществ, соответственно. Из этого следует, что при достаточной степени изученности всех пестицидных препаратов подавляющее число их окажется мутагенами.

Проводится генетическое обследование лиц, имеющих профессиональный контакт с пестицидами. При этом изучается частота цитогенетических нарушений в лимфоцитах периферической крови. Пестициды цирам, цинеб и ТМТД достоверно повышали частоту клеток с аберрациями хромосом у рабочих, занятых производством или их применением (Пилинская, 1970, 1976, 1982). Цитогенетические нарушения обнаружены и у лиц, контактировавших с беномилом, полихлорпреном, полихлоркамфеном, котораном, а также комплексом фосфорорганических и других пестицидов.

1.3. Лекарственные препараты

Наиболее выраженным мутагенным действием обладают цитостатики и антиметаболиты, используемые для лечения онкологических заболеваний и как иммунодепрессанты. К ним можно отнести препараты алкилирующего действия, такие как тиофосфамид, циклофосфан, тренимон, милерон, сарколизин, дипин и другие. Эти соединения индуцируют мутации у различных тест-организмов, в том числе в клетках человека in vitro и in vivo.

Мутагенной активностью обладает и ряд противоопухолевых антибиотиков (актиномицин Д, адриамицин, блеомицин и другие).

Обращает на себя внимание мутагенная активность некоторых антибактериальных средств. Установлена мутагенная активность для бактерий таких производных нитрофурана, как фурациллин, фуразолидон, солафур (Фонштейн и др., 1982). Мутагенными для микроорганизмов оказались многие нитроимидазолы, которые обычно используются для лечения заболеваний, вызванных трихомонадами, амебами и анаэробными бактериями.

Антимикробное средство диоксидин вызывает генные мутации у бактерий в тесте Эймса и в экспериментах с млекопитающим-посредником, аберрации хромосом в клетках костного мозга и доминантные мутации в зародышевых клетках мышей (Фонштейн и др., 1978).

Некоторые лекарственные вещества вызывают в культуре клеток человека хромосомные аберрации в дозах, соответствующих реальным, с которыми контактирует человек. В эту группу можно отнести противосудорожные препараты (барбитураты), психотропные (клозепин), гормональные (эстродиол, прогестерон, оральные контрацептивы), смеси для наркоза (хлоридин, хлорпропанамид). Эти препараты индуцируют (в 2-3 раза выше спонтанного уровня) хромосомные аберрации у людей, регулярно принимающих или контактирующих с ними.

1.4. Компоненты пищи

Ряд веществ, содержащихся в пище, обладает мутагенной активностью. К ним можно отнести нитрозамины, тяжелые металлы, микотоксины, алкалоиды, некоторые пищевые добавки, а также гетероциклические амины и аминоимидазоазарены, образующиеся в процессе кулинарной обработки мясных продуктов. Последняя группа веществ необычна, и она стала известна только недавно в результате целенаправленных работ японских исследователей из Национального центра по изучению рака (Токио). В эту группу веществ входят так называемые пиролизатные мутагены, выделенные первоначально из жареных, богатых белками, продуктов.

Сравнительное изучение мутагенности пиролизатов 25 аминокислот и 5 производных индола в тесте Эймса выявило, что пиролизаты большинства аминокислот индуцировали мутации у штамма TA 98 и наибольшую мутагенность показал пиролизат 1-триптофана. Оптимальная температура, при которой образуются мутагенные продукты, для 1-триптофана 500?, а для других аминокислот – 600?. При этом мутагенность пиролизатов возрастала с увеличением числа атомов углерода – заместителя в третьем положении индольного кольца.

Генетическая активность пиролизатных мутагенов изучается с помощью различных тест-систем: микробных на индукцию точковых мутаций и рекомбинаций, на клетках млекопитающих in vitro и in vivo на индукцию точковых мутаций, хромосомных аберраций и сестринских хроматидных обменов (СХО), а также на клетках человека in vitro на индукцию повреждений ДНК и хромосомных аберраций.

В современных условиях интенсивного развития промышленности и загрязнения окружающей среды резко повысилась опасность для человека подвергнуться воздействию значительных доз нитрозаминов. Это показано множеством исследований содержания различных нитрозосоединений в продуктах питания, напитках, косметических средствах, табаке, лекарствах и т.д.

Содержание нитрозосоединений в продуктах питания довольно сильно варьирует и обусловлено, по-видимому, применением азотсодержащих удобрений, а также особенностями технологии приготовления пищи и использованием нитритов в качестве консервантов.

Кроме опасности потребления человеком непосредственно нитрозаминов, существует не меньшая опасность эндогенного синтеза таких соединений из нитритов и соответствующих аминов.

Наличие в пище нитрозируемых соединений впервые было обнаружено K.Wakabayashi с соавт. в 1983 г. при изучении мутагенной активности соевого соуса и пасты из соевых бобов, обработанных 50 мМ нитритом натрия при pH 3,0. Из 8 видов соевого соуса 7 показали значительную мутагенную активность на штамме TA 100, индуцируя 9600-25200 ревертантов в пересчете на 1 мл соуса.

Позже было показано наличие нитрозируемых предшественников в ряде свежих и маринованных овощей.

Для образования мутагенных соединений в желудке из поступающих вместе с овощами и другими продуктами нитрозируемых тирамина, ?-карболиновых и индольных соединений необходимо наличие нитрозирующего компонента, в качестве которого выступают нитриты и нитраты, поскольку последние легко восстанавливаются в нитриты, а также окислы азота, дающие с водой азотистую кислоту. Количество нитратов, нитритов и окислов азота, поступающих в организм человека, колеблется в больших пределах. Основной источник нитратов и нитритов – это пищевые продукты. В питьевой воде их уровень обычно незначителен, хотя в ряде случаев содержание может достигать довольно высоких значений.

Считают, что около 80% нитратов, поступающих в организм, – растительного происхождения. Из них около 70% содержится в овощах и картофеле, а 19% – в мясных продуктах. С пищей человек получает всреднем около 100 мг нитратов в день (рассчитано по иону NO3). Немаловажным источником нитрита являются консервированные продукты. Окислы азота из атмосферного воздуха служат источником образования нитрита в слизи верхних дыхательных путей и легких.

Таким образом, в организм человека постоянно вместе с пищей поступают как нитрозируемые, так и нитрозирующие предшественники мутагенных и канцерогенных нитрозосоединений. Если нитрозирующие вещества, такие как нитриты и нитраты имеют антропогенное происхождение, то нитрозируемые соединения имеют природное происхождение. При реакции этих соединений в желудке человека могут образоваться мутагенные N-нитрозосоединения.

1.5. Компоненты табачного дыма

Результаты эпидемиологических исследований показали, что в этиологии рака легкого наибольшее значение имеет курение. На конференциях, проведенных под эгидой Международного агентства по изучению рака в 1986 г. в г. Лионе и г.Москве, посвященных проблемам курения, сделано заключение о том, что 70-95% случаев возникновения рака легкого связано с табачным дымом, который является канцерогеном. Относительный риск возникновения рака легкого зависит от количества выкуриваемых сигарет, однако продолжительность курения является более существенным фактором, чем количество ежедневно выкуриваемых сигарет.

В настоящее время большое внимание уделяется изучению мутагенной активности табачного дыма и его компонентов. Во-первых, это связано с необходимостью реальной оценки генетической опасности табачного дыма. Во-вторых, высокая чувствительность методов изучения мутагенной активности химических соединений позволяет выявлять мутагенные фракции конденсатов дыма, а при дальнейшем исследовании – идентифицировать мутагенные вещества. В сущности, изучение мутагенной активности компонентов табачного дыма является наиболее подходящим способом поиска вещества, с которым связано канцерогенное действие курения.

Определение мутагенной активности табачного дыма можно разделить на два этапа. Первый этап связан с изучением активности конденсатов табачного дыма в тесте Эймса и других краткосрочных тест-системах и охватывает период с 1977 до 1983 г. К 1983 г. были получены основные сведения о цитогенетической активности табачного дыма на культурах клеток млекопитающих. Газообразный сигаретный дым, его конденсаты и моча курящих индуцировали СХО в культурах клеток. Сигаретный дым в газовой фазе вызывал СХО в лимфоцитах человека in vitro, митотические рекомбинации и мутации дыхательной недостаточности в дрожжах. Сигаретный дым и его конденсаты индуцировали рецессивные, сцепленные с полом, летальные мутации у дрозофилы.

Таким образом, в первом периоде исследования генетической активности табачного дыма были получены многочисленные данные о том, что табачный дым содержит генотоксичные соединения, способные индуцировать мутации в соматических клетках, что может привести к развитию опухолей, а также в половых клетках, что может быть причиной наследуемых дефектов.

Второй этап изучения мутагенной активности табачного дыма характеризуется открытием специфичных мутагенов, изучением путей их образования, метаболизма и механизма мутагенного действия. Много внимания уделяется поиску подходов оценки реальной генетической опасности табачного дыма. Для этого проводятся работы по изучению различия цитогенетических изменений в соматических клетках курящих и некурящих, а также по индивидуальной дозиметрии генетических эффектов тех или иных компонентов сигаретного дыма.

Обнаружено, что экстракты аэрозолей табачного дыма и мочи курящих проявляют мутагенную активность на штаммах S.typhimurium в тесте Эймса. Они вызывают мутации типа сдвига считывания и нуждаются в метаболической активации S-9 фракцией печени лабораторных животных или человека. Аналитические исследования показали, что высокая мутагенность экстрактов аэрозолей табачного дыма не связана с содержанием в них бенз[а]пирена. Большинство исследователей связывали мутагенную активность табачного дыма с содержанием в нем высокомутагенных продуктов пиролиза белков и аминокислот, а также нитрированных ароматических углеводородов. Кроме того, в табачном дыму обнаружены специфичные нитрозамины, представляющие собой нитрозированные производные алкалоидов табака.

Нитрозированными производными никотина являются 4-(метилнитроамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанон и N?-нитрозонорникотин, получившие в литературе условное обозначение NNK и NNN, соответственно. Кроме того, в небольшом количестве обнаружен 4-(метилнитрозоамино)-1-(3-пиридил)бутанон (NNA). NNA также образуется из норникотина.

1.6. Аэрозоли воздуха

Существует ряд подходов к испытанию и определению мутагенных компонентов загрязняющих частиц воздуха. Все они сводятся к следующему: определенный объем воздуха пропускают через стекловолоконные фильтры для осаждения взвешенных частиц; собранные частицы экстрагируют растворителями, затем растворители удаляют упариванием, и сухой экстракт растворяют для последующего тестирования.

Состав экстракта загрязнителей воздуха зависит от размера частиц, осажденных на фильтре, и химических реакций между частицами, а также от растворителя, использованного для растворения экстракта. Таким образом, в процессе сбора и экстрагирования может быть изменена действительная картина состава тестируемых образцов загрязнителей воздуха.

Изучение мутагенности загрязнителей, содержащихся в задымленном (городском) и незадымленном (сельском) воздухе, на штамме S.typhimurium TA 98 в тесте Эймса и на лимфоцитах человека in vitro показало, что 1 м3 задымленного воздуха содержит больше мутагенных соединений, чем незадымленного. Кроме того, в задымленном воздухе обнаружены вещества, мутагенная активность которых зависит от метаболической активации.

В экстрактах загрязнителей воздуха содержатся мутагены как прямого действия, так и нуждающиеся в метаболической активации. Первые обычно экстрагируются в полярных растворителях, к ним относятся соединения свинца и серы. Кроме того, прямой мутагенной активностью обладают и такие нитроароматические соединения, как нитропирены, нитронафтацены, нитрофлуорены и др.

Мутагенная активность компонентов аэрозолей воздуха зависит от его химического состава. В этом отношении показательны результаты изучения мутагенной активности циклогексановой, дихлорметановой и ацетоновой фракций образцов аэрозолей, собранных в трех городах США: Нью-Йорке, Элизабете и Филадельфии, а также в Мехико и Пекине (КНР). Основными источниками загрязнений воздуха в Нью-Йорке являются автотранспорт и теплоэлектростанции, Элизабете – автотранспорт. В Филадельфии образцы аэрозолей собирали на окраине города. В Мехико загрязнение воздуха связано с выбросами металлургических и нефтеперерабатывающих заводов, а также автотранспорта. Пекин является густонаселенным городом с большим количеством котельных на угольной топке.

По мутагенной активности на штамме S.typhimurium TA 98 в условиях без метаболической активации образцы аэрозолей располагались в следующем порядке: Мехико > Элизабет > Нью-Йорк > Пекин > Филадельфия. Мутагенная активность их в присутствии фракции S-9 была следующей: Пекин > Мехико > Элизабет > Нью-Йорк > Филадельфия (Butler et al., 1985).

Одним из важных вопросов при изучении мутагенности загрязнителей является выбор показателей, позволяющих сравнивать активность различных образцов. Обычно активность выражают как количество индуцированных ревертантов у использованного тест-штамма S.typhimurium на единицу следующих показателей:

    * вес сухого осадка экстракта;

    * объем воздуха, из загрязнителей которого получен экстракт;

    * вес загрязняющих частиц, из которых получен экстракт.

Наиболее часто употребляются первые два показателя.

Анализ результатов, полученных разными авторами, показал, что при тестировании методом Эймса на чашку обычно вносят образец экстракта загрязнителей из воздуха объемом 1-14 м3, что соответствует объему воздуха, вдыхаемого человеком в течение от нескольких часов до 1 дня.

Экстракты загрязнителей воздуха вызывают хромосомные аберрации в культурах клеток человека и млекопитающего.

Полученные к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что аэрозоли воздуха, особенно в задымленных районах, представляют собой источники мутагенов, поступающих в организм человека через органы дыхания.

1.7. Природные мутагены

В эту группу входят метаболиты растений и микроорганизмов – алкалоиды, микотоксины, антибиотики, флавоноиды.

Первыми алкалоидами, у которых была обнаружена мутагенная активность, явились пирролизидины (лезнокарнин, монокроталин и другие), циказин и криптоплеурин. Они индуцировали сцепленные с полом летальные мутации у дрозофилы, генные мутации у микроорганизмов и аберрации хромосом в клетках млекопитающих.

Наиболее сильными мутагенами являются афлатоксины – токсины грибов Aspergillus flavus Link и A.parasitucus speare. Афлатоксины отличаются среди микотоксинов своими токсическими свойствами и широким распространением. По химической структуре они представляют собой фурокумарины. Помимо 4 основных афлатоксинов, B1, B2, G1 и G2, известны более 10 соединений.

Афлатоксин B1 является наиболее сильным мутагенным и канцерогенным соединением из всех известных микотоксинов. Его мутагенное действие изучено с помощью различных тест-систем, включающих как трансформирующую ДНК in vitro, так и клетки костного мозга лабораторных животных и обезьян in vivo.

Известно, что мутагенные и другие биологические эффекты афлатоксинов связаны с их активными метаболитами.

Из флавоноидов хорошо исследованы генетические эффекты кверцетина. Он содержится во многих фруктах, чае, красных сортах вин и папоротнике Ptiridium aquillum. В этой связи много внимания уделяется изучению генотоксичности кверцетина с помощью различных тест-систем.

Немаловажное значение имеют результаты изучения влияния флавоноидов на активность известных мутагенных загрязнений окружающей среды. Совместное поступление их в организм человека имеет место в повседневной жизни. Известно, что некоторые флавоноиды снижают мутагенную активность ряда веществ. Вместе с тем, известны случаи увеличения флавоноидами мутагенной активности 2-ацетиламинофлуорена