Возможности использования микроядерного анализа для выявления генных мутаций животных

Актуальность. Основной целью проведения микроядерного анализа является выявление веществ, вызывающих цитотоксические повреждения и приводящие к образованию микроядер, содержащих отстающие фрагменты хромосом или целых хромосом. Для исследования хромосомных нарушений сейчас очень часто используют микроядерный анализ, так как он достаточно легкий в исполнении и не требует больших затрат.

Методы и результаты. Микроядра являются цитоплазматическими хроматинсодержащими телами, формирующимися при запаздывании в анафазе либо телофазе при клеточном делении или фрагментации ядра в процессе апоптоза. Метод микроядерного анализа используют в качестве биомаркера хромосомных аберраций при исследовании на мутагенность, а также как маркер развития онкологических заболеваний. При количественных изменениях ДНК в клетке происходит образование микроядер. Именно их наличие и является показателем того, что организм был подвержен загрязнению окружающей среды (ядохимикаты, пестициды, радиация, тяжелые металлы и т. д.), приводящей к воспалительным и патологическим процессам. В последнее время проведено много исследований, направленных на изучение влияния факторов окружающей среды на генетический аппарат организма. Под действием мутагенов в пролиферирующих клетках образуются микроядра, подсчет которых позволяет проводить диагностику как генотоксического стресса, так и генетической нестабильности организма. Для определения ранних генетических изменений в организме человека и животных необходимы чувствительные и нетрудоемкие методы, к которым как раз можно и отнести микроядерный анализ. В последнее время микроядерный анализ становится актуальным для использования его в животноводческой сфере, в основном при исследованиях, направленных на контроль качества животноводческой продукции, используемой в дальнейшем для питания человека.

1. Крюков В.И., Власова Е.Ю. Влияние гиповитаминоза на частоту микроядер в эритроцитах периферической крови индейки домашней (MELEAGRIS GALLОPAVO). Биология в сельском хозяйстве. 2019; 3(24): 2-9.

2. Sandoval-Herrera N., Paz Castillo J., Montalvo L.G.H. and Welch K.C. Micronucleus Test Reveals Genotoxic Effects in Bats Associated with Agricultural Activity. Environmental Toxicology and Chemistry. 2021; 40(1): 202-207. https://doi.org/10.1002/etc.4907.

3. Fenech M. Cytokinesis-block micronucleus cytome assay. Nature Protocols. 2007; 2(5): 1084-1104. doi:10.1038/nprot.2007.77.

4. Симаков Ю.Г., Никитин И.А., Иванов С.А., Штерман В.С., Штерман С.В., Сидоренко М.Ю., Сидоренко Ю.И. Изучение токсикологических характеристик растительных экстрактов для использования в продуктах спортивного питания. Пищевая промышленность. 2021; 11: 74-79. DOI 10.52653/PPI.2021.11.11.009.

5. Сутягина О.И., Кисурина-Евгеньева О.П. Морфофункциональные различия микроядер в культурах р53-положительных и р53-отрицательных опухолевых клеток человека. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2019; 167(6): 777-783.

6. Muller H. The production of mutations by X-rays. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 1928; 68: 59. http://dx.doi.org/10.1126/science.68.1751.59.

7. Miyamae Y., Yamamoto M., Sasaki Y., Kobayashi H., Igarashi-Soga M., Shimoi K., Hayashi M. Evaluation of a tissue homogenization technique that isolates nuclei for the in vivo single cell gel electrophoresis (comet) assay: a collaborative study by five laboratories. Mutation Research. 1998; 418: 131-140.

8. Souto H.N., de Campos Júnior E.O., Campos C.F., Rodrigues T.S., Pereira B.B., Morelli S. Biomonitoring birds: The use of a micronuclei test as a tool to assess environmental pollutants on coffee farms in southeast Brazil. Environmental Science and Pollution Research. 2018; 25: 24084-24092.

9. Fenech M. Micronuclei and their association with sperm abnormalities, infertility, pregnancy loss, pre-eclampsia and intrauterine growth restriction in humans. Mutagenesis. 2011; 26(1): 63-67. doi:10.1093/mutage/geq084.

10. Касимова С.К., Ломтева Н.А., Кондратенко Е.И., Кузина Т.В., Сазбанова А.Д. Цитогенетические нарушения в клетках буккального эпителия студентов разных этнических групп. Современные проблемы науки и образования. 2020; 6: 186. DOI 10.17513/spno.30453.

11. Nikiforov-Nikishin D.L., Kochetkov N.I., Smorodinskaya S.V., Tatarenko P.Yu., Matveeva D.M. Toxicity of metal chelates mixture in aquatic environment at Danio rerio. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021; 839(5): 052010. doi:10.1088/1755-1315/839/5/052010.

12. Kirsch-Volders M., Fenech M., Bolognesi C. Validity of the Lymphocyte Cytokinesis-Block Micronucleus Assay (L-CBMN) as biomarker for human exposure to chemicals with different modes of action: A synthesis of systematic reviews. Mutation research. Genetic toxicology and environmental mutagenesis. 2018; 836:47-52. doi:10.1016/j.mrgentox.2018.05.010.

13. Kirsch-Volders M., Fenech M. Micronucleus Assays with Human Lymphocytes for In Vitro Genetic Toxicology Testing. In The Micronucleus Assay in Toxicology. London, UK. 2019; 157-168. DOI:10.1039/9781788013604-00157.

14. Boveri T. Concerning the origin of malignant tumours by Theodor Boveri. Translated and annotated by Henry Harris. Journal of Cell Science. 2008; 121(1): 1-84.

15. Fenech M. Cytokinesis-Block Micronucleus Cytome Assay Evolution into a More Comprehensive Method to Measure Chromosomal Instability. Genes. 2020; 11: 1203. doi:10.3390/genes11101203.

16. Schmid W. The micronucleus test for cytogenetic analysis. In Chemical Mutagens. Springer, New York, NY, USA. 1976; 31-53.

17. Countryman P., Heddle J. The production of micronuclei from chromosome aberrations in irradiated cultures of human lymphocytes. Mutation research. 1976; 41: 321-331.

18. Ye C.J., Sharpe Z., Alemara S., Mackenzie S., Liu G., Abdallah B., Horne S., Regan S., Heng H.H. Micronuclei and Genome Chaos: Changing the System Inheritance. Genes. 2019; 1: E 366. doi:10.3390/genes10050366.

19. Fenech M. Mechanisms by which genotoxins cause micronuclei and other nuclear anomalies. The micronucleus assay in toxicology. 2019; 8-23. DOI:10.1039/9781788013604-00008.

20. Trigos A.S., Pearson R.B., Papenfuss A.T., Goode D.L. How the evolution of multicellularity set the stage for cancer. Br. J. Cancer. 2018; 118: 145-152.

21. A. Dhawan, M. Bajpayel. Genotoxicity Assesment. Methods and Protocols. 2019; 378. https://doi.org/10.1007/978-1-4339-9646-9.

22. Davis A.K., Maney D.L. The use of glucocorticoid hormones or leucocyte profiles to measure stress in vertebrates: What’s the difference? Methods in Ecology and Evolution. 2018; 9: 1556-1568.

23. Fenech M. The in vitro micronucleus technique. Mutation research. 2000; 455. 81-95. http://dx.doi.org/10.1016/s0027-5107(00)00065-8.

24. Haschka M., Karbon G., Fava L., Villunger A. Perturbing mitosis for anti-cancer therapy: is cell death the only answer? EMBO Reproduction. 2018; 19: e45440.

25. Глазко Т.Т., Косовский Г.Ю., Глазко В.И. Биомаркеры геномной нестабильности у животных сельскохозяйственных видов. Известия ТСХА. 2013; 2: 139-147.

26. Мальнева К.Е., Ячменева Л.А. Особенности строения микроядер буккального эпителия. Международный студенческий научный вестник. 2020; 2: 5.

27. Boller K., Schimid W. Chemical mutagenesis in mammals - Chinese hamster cells as an in vivo test system. Hematological finding after treatment with tenimon, Humangenetik. 1970; 11: 34-54.

28. Heddle J. A rapid in vivo test for chromosomal damage. Mutation research. 1973; 18: 187-190.

29. Водунон А.С., Пономарева Н.А., Абрамова З.И. Цитогенетические изменения в эритроцитах больных атопической бронхиальной астмой. Ученые записки Казанского государственного университета. 2008; 150(2): 101-105.

30. Benvindo-Souza M., Borges R.E., Pacheco S.M., de Souza Santos L.R. Genotoxicological analyses of insectivorous bats (Mammalia: Chiroptera) in central Brazil: The oral epithelium as an indicator of environmental quality. Environmental Pollution. 2019a; 245: 504-509.

31. Benvindo-Souz M., Borges R.E., Pacheco S.M., de Souza Santos L.R. Micronucleus and other nuclear abnormalities in exfoliated cells of buccal mucosa of bats at different trophic levels. Environmental toxicology. 2019b; 172: 120-127.

32. Sula E., Aliko V., Pagano M., Faggio C. Digital light microscopy as a tool in toxicological evaluation of fish erythrocyte morphological abnormalities. Microscopy Research and Technique. 2020; 83: 362-369. https://doi.org/10.1002/jemt.23422.

33. Гайдай Е.А., Дорофеева А.А., Крышень К.Л., Гайдай Д.С. Методические аспекты проведения ДНК-комет-теста в условиях in vivo в доклинических исследованиях. Лабораторные животные для научных исследований. 2020; 3. https://doi.org/10.29296/2618723X-2020-03-03.

34. Минина В.И., Буслаев В.Ю. Микроядерный тест для оценки модификации генотоксического потенциала алкирующих агентов под действием фитохимических веществ. Современные проблемы науки и образования. 2019; 6: 196-196. DOI 10.17513/spno.29381.

35. Зверева Д.Е. Использование микроядерного теста при оценке генотоксических свойств лекарственных веществ. Вестник совета молодых учёных и специалистов Челябинской области. 2019; 2(25): 10-20.

36. Яковлева И.Н, Мусиенко Н.А., Дронов В.В., Майдан В.В, Бронникова А.М. Микроядерный тест на генотоксичность в птицеводстве. Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения: мат. междунар. научно-производственной конференции. Белгород. 2012; 1: 139-141.

37. Chan Y.W., West, S.C. A new class of ultrafine anaphase bridges generated by homologous recombination. Cell Cycle. 2018; 17: 2101- 2109. https://doi.org/10.1080/15384101.2018.1515555

38. Елькина М.А., Астафьева Е.Е., Карпушкина Т.В., Глазко Т.Т., Столповский Ю.А., Глазко В.И. Популяционно-генетическая дифференциация монгольских овец, крупного рогатого скота, яков в условиях хронического действия экологического стресса. Известия ТСХА. 2011; 2: 134-138.

39. Романова Е.Б., Рябинина Е.С. Скрининговый цитогенетический метод учета микроядер в крови прудовых лягушек как индикатор состояния водных биологических ресурсов. Вестник Камчатского государственного технического университета. 2019; 49: 43-49. DOI: 10.17217/2079-0333-2019-49-43-49.

40. Подберезко С.А., Мельнов С.Б. Оценка уровня генотоксичности окружающей среды с помощью микроядерного теста на эритроцитах амфибий. Веснiк Палескага дзяржаунага унiверсiтэта. 2020; 2: 3-11.

41. Бигалиев А.Б., Шалабаева К.З., Шимшиков Б.Е., Кобегенова С.С., Адилова Л.М., Кожахметова А.Н., Шарахметов С., Бурханова М.Н. Эколого-генетическая оценка последствий влияния радиации на загрязненных территориях. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2020; 24(7): 794-801. DOI 10.18699/VJ20.675.

42. Смородинская С.В. Разработка метода оценки безопасности пищевых добавок методом микроядерного теста на эритроцитах Danio rerio. Товаровед продовольственных товаров. 2022; 6: 404-412. Doi: 10.33920/igt-01-2206-05.

43. Semmes O., Majone F., Cantemir C., Turchetto L., Hjelle B., Jeang K. HTLV-I and HTLV-II Tax: differences in induction of micronuclei in cells and transcriptional activation of viral LTRs. Virology. 1996; 373-379.

44. Protection E. Frequency of micronucleated lymphocytes and Epstein-Barr virus contamination in Altai region residents living near the Semipalatinsk atomic test ground. Probl. Radio Ecol. Environ. Prot. 2003; 172-176.

45. Leal-Garza C., Cerda-Flores R., Leal-Elizondo E., Cortes-Gutierrez E. Micronuclei in cervical smears and peripheral blood lymphocytes from women with and without cervical uterine cancer. Mutation research. 2002; 515: 57-62.

46. Cassel A., Barcellos R., Silva C., Almeida S., Rossetti M. Association between human papillomavirus (HPV) DNA and micronuclei in normal cervical cytology. Genetics and Molecular Biology. 2014; 360-363.

47. Duensing S., Munger K. The human papillomavirus type 16 E6 and E7 onco-proteins independently induce numerical and structural chromosome instability. Cancer Research. 2002; 62: 7075-7082.

48. Крысанов Е.Ю., Орджоникидзе К.Г. Некоторые аспекты цитогенетического мониторинга. Жизнь Земли: междисциплинарный научнопрактический журнал. 2018; 40(4): 403-407.

49. Зуб А.В., Загребин В.Л., Дворяшина И.А., Терентьев А.В. Возможность использования биологической модели пресноводной рыбы данио рерио в доклинических исследованиях. Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. 2020; 1(73): 10-13. DOI 10.19163/1994-9480-2020-1(73)-10-13.