Что такое спонтанный и индуцированный мутагенез
Спонтанные и индуцированные мутации. Их биологическая роль. Факторы мутагенеза. Классификация. Примеры. Оценка и профилактика генетического действия мутационной энергии.
Спонтанные мутации – это мутации, которые возникают без видимых причин. Они широко распространены в природе. Все свойства и признаки организма подвержены спонтанным мутациям.
Причины спонтанных мутаций условно делятся на 2 группы – внешние и внутренние. Внешние связаны с естественным радиационным фоном: космическими излучениями, радиацией элементов земной коры, радиактивными изотопами, поступающими в организм с пищей. Обычные показатели естественного радиационного фона (как привыкли говорить, в норме, хотя понятие нормы в данном случае неприменимо) – 13 – 27 микрорентген в час. Внутренние обусловлены генотипом. Так, у кишечной палочки есть гены-мутаторы, наличие которых увеличивает частоту мутаций других генов в 2000 раз. Длительное хранение семян приводит к увеличению частоты спонтанных мутаций. У дрозофилы в норме частота летальных мутаций, локализованных в Х-хромосоме, составляет приблизительно 0,15%; но есть линии, где эта частота равна 1%.
Индуцированные мутации возникают в результате целенаправленного действия какого-то фактора.
Факторы, способные индуцировать мутационный эффект, получили название мутагенных. Установлено, что любые факторы внешней и внутренней среды, которые могут нарушить гомео-стаз, способны вызвать мутацию. Главнейшими мутагенами являются: химические соединения, различные виды излучений, биологические факторы.
Спонтанный и индуцированный мутагенез. Мутагенные факторы.
Мутации называют наследственные изменения признака, органа или свойства, обусловленные изменениями наследственных структур. Процесс возникновения мутаций называется мутагенезом. Мутагенез может быть спонтанным, когда мутации возникают в природе без вмешательства человека, и индуцированным, когда мутации вызывают искусственно, воздействуя на организм специальными факторами, называемыми мутагенными. Растение, животное, микроорганизм, у которых произошла мутация, называют мутантами. Индуцированный мутагенез позволяет наиболее полно выявить возможности генотипа, создать генетические комбинации с учётом всех возможных изменений органов, признаков и свойств у данного вида. Мутации имеют исключительно важное значение при составлении генетических карт хромосом
Физические мутагены. Основные мутагены этой группы: а)ультрафиолетовые лучи; б)повышенная температура; в)ионизирующие излучения – рентгеновские лучи, α-лучи, β-частицы, протоны, нейтроны и другие факторы.
Ультрафиолетовые лучи способны непосредственно отдавать энергию ДНК, в результате чего в ней происходят различные изменения, которые приводят к неправильной репликации и мутациям.
Ионизирующие излучения вызывают мутации путём прямой ионизации облучаемой ткани либо опосредованной ионизацией, как это происходит при действии лучей рентгена и гамма-квантов, энергия которых приводит к смещению электронов с их орбит. Вследствие облучения изменяется химизм клетки, в ней появляются высокоэнергетические соединения – свободные радикалы, происходят изменения в активности ферментов и т.д. Прямое и опосредованное в радиационно-химических реакциях действие излучений приводит к изменению в структуре ДНК – разрывам хромосом, сшивкам нитей двойной спирали ДНК и т.д. При этом возникают первичные изменения, которые мешают осуществлению нормальной репликации ДНК. В ходе репликации образуются нити с иной последовательностью нуклеотидов, что означает возникновение нового аллеля. Под действием ионизирующих излучений чаще всего происходят структурные перестройки хромосом и реже – генные мутации. Так, выявлено, что при облучении морских свинок и домашних свиней наблюдается различный спектр аберраций хромосом. Генные мутации возникают со значительно меньшей частотой, и среди них высок вклад летальных мутаций и мутаций пониженной жизнеспособности. В то же время использование излучений позволило создать высокопродуктивные сорта злаков (в первую очередь ячменя), повысить эффективность антибиотиков и других соединений, продуцируемых микроорганизмами и плесневыми грибами.
Химические мутагены. К данной группе мутагенов относят вещества химической природы, способные индуцировать мутации. Выраженными мутагенными свойствами обладают отдельные химические вещества, используемые в промышленности и сельском хозяйстве. К наиболее сильным химическим мутагенам относят: а)аналоги нуклеотидов ДНК (бромурацил, аминопурин и др.); б)акридиновые красители (профлавин, эуфлавин и т.п.); в)ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот, пероксиды, алкалоиды (в том числе колхицин); г) некоторые неорганические соединения (соли тяжёлых металлов, гидроксиламин, азотистую кислоту); д) различные органические соединения, преимущественно ароматического ряда (в том числе канцерогены, инсектициды, гербициды); ж)алкалирующие соединения (в первую очередь супермутагены – нитрозоалкилмочевины, алкилсульфаты, алкилсульфонаты, этиленимины, эпоксиды).
Каждый класс химических соединений обладает определённой специфичностью: аналоги нуклеотидов встраиваются на их место в цепь ДНК и изменяют характер репликации ДНК. Акридиновые красители, похожие на кольца азотистых оснований, вклиниваются между ними в цепь ДНК и вызывают мутации сдвига рамки чтения. Азотистая кислота дезаминирует основания, в результате чего цитозин становится подобен урацилу, что приводит к замене пары оснований Г-Ц на пару А-Т и т.д. Химические мутагены дают широкий спектр хромосомных аберраций.
Среди органических химических соединений выделяют группу так называемых супермутагенов – особо активных алкилирующих веществ, которые могут индуцировать в 5-50 раз больше мутаций по сравнению с природной частотой возникновения мутаций. Супермутагены индуцируют широкий спектр мутаций, в том числе системные изменения на уровне таксономического вида. Воздействие нитрозоалкилмочевины привело к появлению вида сферококкум из мягкой пшеницы. Супермутагены индуцировали ряд неоморфных мутаций. Супермутагены оказались значительно эффективнее излучений для создания различных мутантов, которые использует микробиологическая промышленность. В последнее время эти соединения успешно применяют для создания мутаций, повышающих активность биологических илов, очищающих сточные воды. Описаны случаи использования супермутагенов для вызова мутагенеза и у животных. Так, при воздействии супермутагенов на сперму кроликов выявлены изменения окраски шерсти и цвет глаз; у карпа – утрата плавника и т.д.
Однако широкое применение индуцированный мутагенез, вызванный физическими или химическими мутагенами, получил в селекции растений. При этом мутантов используют как для выведения новых сортов, так и в качестве родительских форм при гибридизации.
Биологические мутагены. Простейшие живые организмы, вызывающие мутации у животных, составляют класс биологических мутагенов. К ним относят вирусы, бактерии, гельминты, актиномицеты, растительные экстракты и др. Мутагенными свойствами обладают также живые вакцины. Их мутагенное действие связано с проникновением в клетки чужеродной ДНК. Биологические мутагены вызывают разнообразные мутации у животных. Например, при изучении кариотипа клеток телят, ягнят и поросят, заражённых вирусом свиной лихорадки, были обнаружены различные типы аберраций – делеции, хромосомные разрывы, фрагментация, пульверизация, полиплоидия и т.д. Установлено, что уровень аберраций хромосом зависел от дозы и продолжительности действия вируса. Экспериментально доказано, что многие лекарственные препараты, используемые в медицине и ветеринарии обладают мутагенными свойствами (сульфаниламиды, производные тиазинового ряда, нитрофураны и др.). Такой же эффект возможен вследствие использования антибиотиков, а также некоторых кормовых добавок и консервантов, особенно при их передозировке. В связи с этим необходимы6 проверка каждого нового фармакологического средства на мутагенность, строгое соблюдение инструкций по применению лечебных препаратов-стимуляторов роста животных, различных ядохимикатов и других токсических средств.
Индуцированный мутагенез находит широкое применение в микробиологической промышленности для создания высокопродуктивных полезных рас и штаммов бактерий, грибов.
Изучение мутагенеза расширяет и углубляет наши представления о процессе перехода количества в качество, о возникновении нового в недрах старого и единстве противоположностей – сосуществовании мутантного аллеля гена со всей генной системой.
Спонтанный и индуцированный мутагенез.
Мутации, возникающие в естественных условиях, называют спонтанными, а искусственно вызванные — индуцированными. Однако доказано, что существуют общие причины спонтанного и индуцированного мутационного процессов. К настоящему времени разработано много приемов индуцирования мутаций. В их основе лежит воздействие на организмы различными физическими факторами (мутагенами). Из них в практике используют главным образом ионизирующие излучения различного типа и некоторые химические вещества. Действуя этими факторами на клетки организма, можно резко повысить их мутационную изменчивость. Эффективными способами получения исходного материала являются методы индуцированного мутагенеза – искусственного получения мутаций. Индуцированный мутагенез позволяет получить новые аллели, которые в природе обнаружить не удается. Например, этим путем получены высокопродуктивные штаммы микроорганизмов (продуцентов антибиотиков), карликовые сорта растений с повышенной скороспелостью и т.д. Экспериментально полученные мутации у растений и микроорганизмов используют как материал для искусственного отбора. Этим путем получены высокопродуктивные штаммы микроорганизмов (продуцентов антибиотиков), карликовые сорта растений с повышенной скороспелостью и т.д.
Для получения индуцированных мутаций у растений используют физические мутагены (γ-излучение, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение) и специально созданные химические супермутагены (например, N-метил-N-нитрозомочевина). Дозу мутагенов подбирают таким образом, чтобы погибало не более 30…50% обработанных объектов.
Интерес к мутагенезу обусловлен тем, что мутации часто представляют большую селекционную ценность, так как у них могут возникнуть новые, ранее неизвестные полезные признаки. Полученные мутантные формы или непосредственно дают начало новому сорту (например, карликовые томаты с желтыми или оранжевыми плодами) или используются в дальнейшей селекционной работе.
Однако применение индуцированных мутаций в селекции все же ограничено, поскольку мутации приводят к разрушению исторически сложившихся генетических комплексов. У животных мутации практически всегда приводят к снижению жизнеспособности и/или бесплодию. К немногим исключениям относится тутовый шелкопряд. В результате индуцированного мутагенеза часто получают частично мутантные растения (химерные организмы). В этом случае говорят о соматических (почковых) мутациях. Многие сорта плодовых растений, винограда, картофеля являются соматическими мутантами. Эти сорта сохраняют свои свойства, если их воспроизводят вегетативным путем, например, прививая обработанные мутагенами почки (черенки) в крону немутантных растений; таким путем размножают, например, бессемянные апельсины.
Пищевые мутагены и антимутагены
ПИЩЕВЫЕ МУТАГЕНЫ И АНТИМУТАГЕНЫ
Примечание: Одним из перспективных направлений в области разработки и внедрения пищевых антимутагенов является использование в рационе человека продуктов функционального питания на основе пробиотических микроорганизмов. Обнаруженные антитмутагенные и другие полезные свойства дружественных нам бактерий открывают огромные перспективы их использования в пищевой промышленности, а также здравоохранительной практике. Это особенно актуально в свете массового использования в пищевой отрасли различных пищевых добавок, влияющих на процессы мутагенеза. См.: Антимутагенная активность пробиотиков
СОДЕРЖАНИЕ СТРАНИЦЫ
ПИЩЕВЫЕ ДОБАВКИ И ГИГИЕНИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПИЩИ
Современные пищевые технологии приготовления пищевых продуктов массового потребления предусматривают широкое применение различных пищевых добавок. Они не являются необходимыми компонентами пищи, но без их применения выбор пищевых продуктов был бы значительно беднее, а пищевые технологии значительно более сложными и дорогостоящими. Без применения пищевых добавок практически невозможно изготовление полуфабрикатов, блюд быстрого приготовления, они также необходимы для улучшения органолептических свойств, удлинения сроков хранения, снижения калорийности пищи.
Сегодня известно 22 класса пищевых добавок. Это красители, консерванты, антиокислители, эмульгаторы, загустители, желатирующие вещества, стабилизаторы, усилители вкуса, подсластители, разрыхлители, наполнители и ряд других. Применение пищевых добавок регулируется различными нормативными актами. Одним из главных условий для разрешения применения пищевых добавок является их токсикологическая безопасность. Последняя достигается путем предварительного экспериментального исследования изменений функционального состояния и морфологических изменений рганизма под влиянием той или иной пищевой добавки. В то же время до сих пор очевидно недостаточное внимание уделяется оценке влияния пищевых добавок на процессы мутагенеза.
Биологические и медицинские последствия индуцированного мутагенеза представляют серьезную угрозу здоровью и жизни человека. Индуцированные мутации ответственны за возникновение наследственных заболеваний, врожденных пороков развития, онкологических заболеваний. С ними связывают преждевременное старение и бесплодие. Массированное воздействие мутагенов на генетические структуры может явиться причиной генетического вырождения человека как биологического вида. К сожалению, несмотря на серьезнейшую угрозу для жизни и здоровья человека со стороны индуцированного мутагенеза, оценка мутагенных свойств пищевых добавок не является необходимым условием их внедрения в практику, поэтому вопрос генетической безопасности их применения остается открытым.
С общетеоретических позиций влияние пищевых добавок на мутагенез может быть сведено к трем основным проявлениям:
Совершенно очевидно, что пищевые добавки с мутагенными и комутагенными свойствами представляют очевидную опасность для жизни и здоровья человека, тогда как на основе пищевых добавок с антимутагенными свойствами возможна разработка продуктов, способных снижать «генетический риск» воздействия средовых и промышленных мутагенов на генетические структуры человека.
1. Результаты, полученные при изучении мутагенных свойств пищевых добавок.
Исследованию на мутагенную активность подвергнуты далеко не все использующиеся пищевые добавки. Однако даже эта ограниченная работа позволила выявить мутагенные соединения практически среди всех известных классов пищевых добавок.
1. Антиокислители.
Это наиболее хорошо исследованная в генетическом отношении группа пищевых добавок. Полученные результаты довольно противоречивы, но дают достаточно оснований полагать, что применение бутилгидрокситолуола (Е321) и особенно бутилгидроксианизола (Е320) может быть небезопасно с генетической точки зрения.
2. Ароматизаторы.
3. Консерванты.
Исследования хлорида олова (Е512), применяющегося в качестве консерванта в ряде стран, показали его генотоксичность в микробиологических тестах. Формальдегид (Е240) проявил мутагенные свойства в микробиологических тест-системах, индуцировав генные мутации в клетках китайского хомячка in vitro и хромосомные мутации в культуре клеток человека.
Имеются сообщения о мутагенной активности консерванта нитрита натрия и бактериального ингибитора для вин и соков бисульфита натрия. Разработанный в Японии консервант AF-2, являющийся производным нитрофурана, запрещен к применению в связи с наличием мутагенных свойств.
Более сложные результаты были получены при оценке мутагенной активности сорбиновой кислоты и ее солей (Е200, Е201, Е202). Первоначально было показано, что они индуцируют генные и хромосомные мутации в культивируемых эукариотических клетках. В дальнейшем в исследованиях in vitro и in vivo эти результаты не нашли подтверждения. Однако было отмечено, что перечисленные агенты могут приобретать генотоксические свойства в результате окисления. Консервант тиабендазол (Е233) продемонстрировал мутагенные свойства в экспериментах на клетках китайского хомячка in vitro, но был неактивен в микроядерном тесте на мышах.
4. Красители.
В тесте Эймса мутагенную активность продемонстрировали основной красный, метиловый красный судан 4, метиловый оранжевый, конго красный, ализариновый красный В, эриохром, триптофановый синий, синий Эванса и другие.
5. Подсластители.
Сведения о многочисленных исследованиях сахарина и его солей (Е954) достаточно противоречивы. Одни авторы указывают на наличие у сахарина мутагенных свойств, другими подобные эффекты не обнаружены. В наших исследованиях, посвященных изучению мутагенности сахарина, а также цикламата (Е952), ацесульфама (Е950) и аспартама (Е951), не выявление мутагенной активности указанных пищевых добавок в экспериментах на мышах.
6. Другие пищевые добавки.
Пиколинат хрома продемонстрировал выраженную мутагенную активность в экспериментах на культивируемых эукариотических клетках, бромат калия (Е924) обладал аналогичным эффектом в экспериментах на крысах.
2. Результаты, полученные при изучении комутагенных свойств пищевых добавок.
Исследования комутагенной активности большинства пищевых добавок до сих пор остаются за пределами внимания исследователей. Работы в этом направлении имеют единичный характер. В то же время известные сведения позволяют уверенно утверждать, что комутагенные свойства присущи целому ряду пищевых добавок. Танины (Е181) проявили комутагенную активность по отношению к цитогенетическим эффектам митомицина С в ряде экспериментов, проведенных на эукариотических тест-системах. Выявлен синергизм мутагенных эффектов формальдегида (Е240) и нитрозометилмочевины.
Такое общеупотребляемое соединение как аскорбиновая кислота (ЕЗОО), продемонстрировала способность усиливать повреждающее действие блеомицина на хромосомы культивируемых лимфоцитов человека, а также проявила комутагенную активность относительно эффектов некоторых металлов в экспериментах на мышах.
В этой связи уместно рассмотреть другие примеры комутагенности витаминов, которые рекомендуются сегодня для обогащения пищевых продуктов. Витамин Е увеличивает мутагенность блеомицина и этилметансульфоната. Витамин В2 обладает аналогичным эффектом по отношению к соединениям хрома, а витамин А усиливает мутагенное действие этилметансульфоната.
3. Результаты, полученные при изучении антимутагенных свойств пищевых добавок.
В настоящее время все большее распространение получает идея того, что ряд пищевых добавок может одновременно с технологическими функциями выполнять роль хемопревенторов, т.е. увеличивать устойчивость человека к разнообразным воздействиям, в том числе и мутагенным. Немаловажную роль в формировании этой точки зрения сыграли позитивные результаты, установленные при изучении антимутагенных свойств пищевых добавок и витаминов, использующихся для обогащения пищевых продуктов.
1. Антиоксиданты.
Сегодня имеется достаточно большое количество сведений, указывающих, что утилгидрокситолуол (Е321), бутилгидроксианизол (Е320), пропилгаллат (Е310), этоксихин (Е324) обладают антимутагенными свойствами.
Е320 и Е321 ингибируют мутагенный эффект бензо(а)пирена в культивируемых клетках млекопитающих.
Е324 с дозовой зависимостью снижает и полностью устраняет повреждающее действие циклофосфана на клетки костного мозга и сперматогонии млекопитающих.
Достаточно сведений об антимутагенности аскорбиновой кислоты, эффективно снижающей генотоксическое действие лекарства циклофосфамида и инсектицида диметоата, пестицидов эндосульфана, фосфомедона, манкозеба, а также антиамебного препарата дийодгидроксихинолина и бензо(а)пирена.
Витамин Е снижает число хромосомных повреждений, индуцированных бензо(а)пиреном и блеомицином.
Витамин А снижает мутагенность афлатоксина В1, циклофосфамида метилнитрозамина, бензо(а)пирена, лекарства клофаземина.
2. Ароматизаторы.
Сведения о результатах исследований антимутагенных свойств ароматизатора коричного альдегида обобщены ранее.
Испытания ванилина показали, что этот ароматизатор снижает мутагенное действие метилметансульфоната и митомицина С в экспериментах на дрозофиле и этилнитрозомочевины в экспериментах на мышах.
Кумарин оказался способен ингибировать у мышей мутагенную активность бензо(а)пирена.
3. Красители.
Рибофлавин (Е101i) ингибировал мутагенный эффект бензо(а)пирена и 2-ацетиламинофлуорена.
Другие пищевые добавки и витамины.
Были установлены антимутагенные свойства подсластителя аспартама (Е951). Это соединение эффективно снижало мутагенные эффекты диоксидина и циклофосфамида.
Витамин В6 проявил антимутагенные свойства по отношению к митомицину С и нитрохинолиноксиду, но был не эффективен в отношении воздействия циклофосфамида, нитрозогуанидина и метилмочевины.
Витамин В12 уменьшал количество хромосомных повреждений у мышей, зараженных вирусом кори.
Фолиевая кислота дозо-зависимо снижала индукцию микроядер под влиянием метотрексата в клетках костного мозга мышей.
Обращает на себя внимание тот факт, что в ряде случаев одно и то же вещество может демонстрировать все три вида активности. Последнее особенно характерно для антиоксидантов и может быть связано с присущей этим соединениям инверсией эффектов, выражающейся в концентрационно- или дозо-зависимой смене антиоксидантного действия на прооксидантное и, соостветственно, антимутагенного на мутагенное или комутагенное.
Наличие у ряда пищевых добавок мутагенных и комутагенных свойств позволяет ставить под сомнение целесообразность их дальнейшего применения. В то же время сведения о наличии у них генотоксической активности получены в разрозненных экспериментах, не связанных единой методологией, принятой для оценки мутагенной активности химических соединений. Не останавливаясь на ее подробном анализе, отметим, что сегодня общепринята практика комплексного, предусматривающего применение набора разных методов, изучения мутагенности активности химических соединений, а также выработаны оптимальные алгоритмы оценки совокупности полученных данных и их экстраполяции на человека. Существуют научно обоснованные параметры, определяющие выбор методов исследования, доз, способов и режимов использования вещества в экспериментах по оценке его мутагенных свойств. Особенно тщательно и полно методология исследования на мутагенность разработана в области фармакологии, поскольку оценка мутагенной активности является необходимым условием внедрения лекарственных средств в практику. Вышеизложенные сведения позволяют обоснованно полагать, что систематическая и комплексная система оценки мутагенной активности пищевых добавок является ныне насущной необходимостью и может выполняться на основе методологии, принятой в доклинических фармакологических исследованиях по безопасности лекарств, как это рекомендуется ВОЗ.
Отдельного анализа заслуживают сведения об антимутагенных свойствах некоторых пищевых добавок. Их наличие открывает перспективы разработки пищевых продуктов, применение которых может значительно снизить мутагенное давление факторов среды на наследственность человека. Считается, что это чрезвычайно перспективное направление для теоретических и прикладных исследований. Однако его реализация наталкивается сегодня на недостаточную разработанность методологии подобного рода исследований и внедрения пищевых продуктов с антимутагенными свойствами. Большинство возникающих проблем связано с вопросами правомерности экстраполяции данных экспериментальных исследований на человека, а также инверсией и специфичностью эффектов многих пищевых антимутагенов.
Таким образом, сегодня имеется настоятельная необходимость внедрения в систему изучения безопасности пищевых добавок методов оценки их мутагенной и комутагенной активности и необходимые предпосылки для дальнейшей теоретической и практической разработки подходов к использованию антимутагенных пищевых добавок в качестве пищевых хемопревентеров мутагенных воздействий на человека.
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Современные исследования показывают, что пищевые продукты могут содержать как генотоксиканты, представляющие опасность для наследственности человека, так и антимутагены, способные увеличивать устойчивость человека к генотоксическим влияниям средовых факторов.
Мутагены могут попадать в продукты питания из внешней среды, образовываться при термической обработке и при хранении пищи. Однако сведения об этих процессах и контроль за ними, очевидно, недостаточны, как и данные о мутагенных свойствах пищевых добавок различного назначения и некоторых естественных компонентов пищи. Ввиду этого необходим развернутый анализ методических и методологических аспектов работы по обеспечению генетической безопасности пищи.
МУТАГЕНЫ И АНТИМУТАГЕНЫ В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ
Основные положения о медицинской значимости индуцированного мутагенеза были сформулированы в 1960-1970-х гг. Большинство последующих исследований в этой области сфокусированы на оценке мутагенных свойств средовых факторов различной природы. Были предложены и отработаны методические и методологические принципы генетического скрининга химических мутагенов и оценки мутагенной активности и генетической безопасности применения вновь синтезированных ксенобиотиков. Особое внимание уделялось лекарственным средствам и пестицидам. Гораздо меньшее количество работ было посвящено оценке мутагенных свойств других повседневных средовых факторов, в частности пищевых компонентов. Однако полученных результатов оказалось достаточно для заключения Международной организации по исследованию канцерогенного риска и ряда авторитетных авторов о том, что пища является источником сложной смеси мутагенов и канцерогенов различной природы. Главенствующее положение среди них занимают микотоксины, нитрозосоединения, нитроарены, растительные (прежде всего пиролизидиновые) алколоиды, гетероциклические амины, флавоноиды, фурокумарины, хинолиновые и хиноксалиновые производные, отдельные ароматические углеводороды.
1. Пищевые мутагены.
Возможно несколько принципиально различных путей попадания потенциальных мутагенов в пищу.
Широкие исследования показали, что мутагенными свойствами обладает не менее половины из 230 тестированных пестицидов. Наиболее ярко они выражены у этилендибромида, гидразина, параквата, а также отмечены in vivo у эндосульфана, манкозеба, фосфорорганических и некоторых других пестицидов. Их аккумуляция в пищевых растениях и остаточные количества в продуктах питания могут представлять генетическую опасность для человека, что подтверждено прямым цитогенетическим обследованием лиц, профессионально контактирующих с пестицидами.
Следует также упомянуть, что мутагенную опасность для человека могут представлять остаточные количества препаратов, используемых для стимуляции роста и лечения животных, которые могут переходить в продукты питания человека. Например, транквилизаторы азоперон и ацепрамазин, используемые при производстве мяса, мутагенны в тесте Эймса; диоксидин, применяемый в ветеренарии в качестве антимикробного соединения, мутагенен в эукариотических тестах.
Показано образование мутагенов 1-(2-фурил)-пиридо(3,4-b)индола и 1-(2-фурил)-пиридо(3,4-b)индол-3-уксусной кислоты при смешивании и совместной 60-дневной инкубации при 37°С L-триптофана и L-аскорбиновой кислоты. По мнению авторов, это может свидетельствовать о возможности образования мутагенов при хранении пищи, содержащей указанные естественные компоненты.
3. Мутагены могут образовываться в процессе термической Обработки пищевого сырья. Воздействие открытого огня, копчение и выпекание приводят к образованию и накоплению в пищевых продуктах мутагенных полициклических ароматических углеводородов, прежде всего бензо(а)пирена; поджаривание или проваривание продуцируют полициклические ароматические углеводороды, нитрозамины, аминоимидазоазарены, гетероциклические амины и другие мутагены. Показано, что нагревание рыбных продуктов до 100-220°С в течении 15 минут приводит к образованию мутагенных 2-амино-3,8- диметилимидазо(4,5-f)хиноксалина и 2-амино-3,4,8- триметилимидазо(4,5-f)хиноксалина. Пирролизаты фосфолипидов, образующиеся при нагревании до 500-700°С, обладают мутагенными свойствами, подобная активность выявлена у продуктов пирролиза глутаминовой кислоты и других аминокислот. Холестерин, окисляясь при хранении или приготовлении пищи, может также приобретать мутагенные свойства.
Известно более 200 растений, содержащих соединения, обладающие мутагенными эффектами.
Кроме того, определенную мутагенную опасность могут представлять пищевые добавки, используемые в качестве консервантов, ароматизаторов, красителей, подсластителей, загустителей и пр.
Значительное внимание было уделено изучению мутагенных свойств различных антиоксидантов, применяемых в качестве консервантов пищевых продуктов. Многочисленные исследования с использованием про- и эукариотических тестов показали мутагенные свойства бутилокситолуола и особенно бутилоксианизола.
Приведенные примеры однозначно указывают на необходимость широких исследований, направленных на оценку мутагенных свойств пищевых продуктов, вспомогательных пищевых компонентов, распространенных пищевых добавок, а также роли отдельных технологий в возникновении мутагенов в готовых продуктах, произведенных из доброкачественного сырья. Однако именно оценка мутагенных свойств является наименее разработанным вопросом в области теоретической и практической токсикологии. Согласно рекомендациям ВОЗ, в пищевой токсикологии можно использовать методологии изучения мутагенности, сложившиеся в смежных областях, например в сфере фармакологии, где необходимость ипытания новых лекарств на мутагенность определена директивно и разработаны необходимые методические и методологические подходы, позволяющие эффективно решать эту проблему. Однако в перспективе это не снижает актуальности разработки методологии исследования мутагенности в области пищевой токсикологии.
Важно подчеркнуть, что главной мерой борьбы с индуцированным мутагенезом и его отдаленными патогенетическими последствиями является предупреждение контакта человека с потенциальными мутагенами. В этой связи представляется, что в области изучения мутагенности пищевых продуктов следует выделить две тесно взаимосвязанные задачи.
2. Пищевые антимутагены
Сегодня формируются три направления практического использования антимутагенов. Во-первых, разрабатываются фармакологические средства защиты генетических структур от мутагенных воздействий. Во-вторых, исследуя влияние различных (в подавляющем большинстве растительных) пищевых продуктов на индуцированный мутагенез. В-третьих, идет интенсивное изучение возможности использования отдельных пищевых добавок или компонентов в качестве превентеров (chemopreventers), обладающих профилактическими, в частности антимутагенными, свойствами. Создание пищевых продуктов, обогащенных антимутагенными компонентами, имеет большие перспективы не только для профилактики увеличения генетического груза, но также потому, что антимутагены рассматриваются как агенты, предупреждающие индукцию и развитие злокачественных новообразований.
Известно более 25 различных классов химопревентеров, содержащихся практически во всех типах пищи. Сведения о них обобщены и представлены в таблице 1.
Таблица 1 Пищевые продукты с наиболее значимыми химопревенторами