آثار ژنتیکی تابش یوننده

یکی از آثار تابش پرتوها به سلولها ، بافتها و اندامها ، آثار ژنتیکی است، یعنی اثری که تابشها بر کروموزومها و ژنها می‌گذارند. این آثار از جمله آثار تصادفی هستند، یعنی آثاری که برای آنها دوز آستانه معلومی وجود ندارد.

اطلاعات اولیه

یکی از پاسخها یا واکنشها که تحت تاثیر برخورد پرتوها به بافتها یا اندامها ، ایجاد می‌شود، تغییرات ژنتیکی است که برای آنها مفهوم آستانه کمتر کاربرد دارد، یا به عبارت دیگر ، تصادفی هستند. آثار تصادفی عبارتند از: آثاری که برای آنها ، آستانه پاسخ وجود ندارد و برای آنها شدت پاسخ به شدت تابش ، بستگی دارد. آثار تصادفی فرایندی را توصیف می‌کنند که شامل عنصری شانسی در نتیجه است و یا به بیان دیگر ، پیش بینی این فرایند بر پایه تصادف و یا احتمالات صورت می‌گیرد.

جهش در یاخته‌های زایشی را معمولا جهشهای ژنتیکی می‌نامند، در حالی که جهش در یاخته‌های پیکری را جهشهای بدنی گویند. این دسته تغییرات اخیر به فرزندان منتقل نمی‌شوند، اما می‌توانند حضور خود را به صورت تغییر عملکرد یا نمود اعقاب یاخته‌ای این یاخته تغییر شکل یافته ، نشان دهند. یکی از گروههای مهم این جهشهای پیکری تولید سرطان ، احتمالا از طریق تغییرات در ماده توارثی یاخته‌های پیکری است. تغییرات در DNA یاخته‌های جنسی که به عنوان جهشهای ژنتیکی طبقه بندی می‌شوند، در واقع در گروه آثار تصادفی تابش پرتوها ، قرار می‌گیرند. این تغییرات بر مبنای احتمالاتی رخ می‌دهند و دارای آستانه وقوع نیستند و شدت تغییر نمودی حاصل از آنها ، ربطی به دوز تابش ندارد.

تغییرات ساختاری در کروموزومها

وارد آمدن آسیب شدید به مولکولهای DNA در یاخته را می‌توان با بررسی میکروسکوپی آن یاخته در زمان تقسیم مشاهده کرد. در خلال تقسیم ، می‌توان با یاخته‌ها چنان برخورد کرد که کروموزومها در وضعیت متافاز باشند، تا بتوان تک تک کروموزومها را از بابت نقصهای ساختاری بررسی کرد. نخستین مراحل مطالعات کمی این انحرافات کروموزومی در اولین چرخه میتوزی پس از پرتودهی ساکس در سال 1938 انجام داد.

تکوین روشهای سالهای 1960 برای بررسی پس از پرتودهی کروموزومهای پستانداران و لنفوسیتهای انسان در واقع گامی بزرگ به پیش بود، اما باید به یاد داشت که بدون توجه به گروه یاخته‌هایی که بررسی می‌شوند، متافاز کروموزوم فقط بخش کوتاهی از چرخه حیات کروموزوم را نشان می‌دهد و بقیه چرخه حیات کروموزوم را نمی‌توان ، جز با روشهای جدید ، بررسی کرد.

در خلال این دوره نامرئی ، قسمت اعظم وقایع حائز اهمیت رخ می‌دهد: مولکول دوپار می‌شود و زوجهای کروماتید را که در متافاز مشاهده می‌شوند، تشکیل می‌دهد. به همین ترتیب ، بخش اعظم فعالیت مربوط به تغییرات ساختاری شامل تشکیل مولکول DNA و تنظیم رابطه آن با کنترل پروتئین صورت می‌گیرد. بررسی کروموزوم متافاز برای تغییرات ساختاری مفید بوده و اطلاعات گرانبهایی درباره تغییرات ساختاری ناشی از تابش در کروموزومها ، می‌دهد.

شکستن کروموزوم

شکستن کروموزوم یکی از پیامدهای مهمتر پرتوگیری تابش یوننده یاخته‌هاست و در واقع تابش یوننده در ایجاد این دسته تغییرات ساختاری موثرترین عامل است. شکستن کروموزم می‌تواند قبل از همانندسازی DNA یاخته رخ دهد که در این صورت در هنگام همانندسازی ، نقص ساختاری نیز همانندسازی می‌شود و این نقص در کروموزوم متافاز در هر کروماتید ، مشاهده می‌گردد. اگر شکستن پس از همانندسازی DNA رخ دهد، آسیب معمولا به صورت یک تغییر بی‌تقارن در یکی از دو کروماتید ، مشاهده می‌شود.

نیروی محرکه شدیدی ناشی از پیوند شیمیایی باعث می‌شود که پاره‌های DNA به یکدیگر متصل شوند. بسیاری از شکستگیهای بوجود آمده و احتمالا اغلب آنها ، به وضعیت عادی برمی‌گردند و در هنگام بررسی ، هیچ نقصی مشاهده نمی‌شود. در بعضی موارد اتصال مجدد معمولا در محل نادرست صورت می‌گیرد و یا انتهای نادرست قطعه شکسته شده به نقطه آسیب اولیه متصل شده و سبب جابجایی ترتیب نوکلئوتیدها در فرآورده نهایی می‌شود. چون تابش یوننده شکستگیهای بسیاری در ماده توارثی ایجاد می‌کند، وقوع شکستگی چندگانه در یک کروموزوم یا کروماتید امکان‌پذیر است و به همین ترتیب شکستگی در کروموزومها یا کروماتیدهای نزدیک به یکدیگر می‌تواند سبب برهمکنشهای بین این موجودات شود.

جهشهای ژنی

تغییرات ظریف بسیاری می‌توانند در یاخته رخ دهند که ظاهرا در کروموزوم قابل مشاهده نیستند، ولی حضور خود را در بعضی عملیات یاخته که بطور ژنتیکی کنترل می‌شوند، نمایان می‌کنند. این تغییرات را معمولا جهشهای ژنی می‌نامند و معمولا تغییراتی دانسته می‌شوند که از تغییرات موجود در ساختار کروموزومها ، کوچکتر هستند. کوچکترین یا ساده‌ترین این تغییرات عبارتند از: تغییر یک نوکلئوتید در زنجیره نوکلئوتید DNA. این تغییر ممکن است ناشی از تغییر شیمیایی حاصل از آسیب تابش در زنجیره یا در نتیجه وارد شدن نادرست نوکلئوتید در ترمیم یا همانندسازی باشد. این تغییرات مختصر را جهشهای نقطه‌ای می‌نامند که باعث تغییر در یک رمز یا کدون می‌شود.

جهش مهم دیگر می‌تواند بر اثر یک حذف ، اضافه شدن و یا جایگرینی مختصر رخ دهد، این نوع جهش را جابجایی چارچوب می‌نامند. جهشهای ناشی از تابش به هیچ وجه تفاوتی با جهشهای ناشی از سایر عوامل ندارند. تفاوت اساسی در فراوانی است. در غیاب تابش ، آهنگ جهش برای یک تک ژن ممکن است از مرتبه یک جهش یا کمتر به ازای جایگاه ژن در یک میلیون یاخته ، تشکیل شده باشد. تابش پرتو به راحتی می‌تواند این آهنگ را تا هزار مرتبه افزایش دهد.

استفاده از موجودات ذره بینی یا یاخته‌های کشت شده به عنوان سیستمهایی برای اندازه گیری فراوانی جهش پس از تابش یوننده ، نسبتا راحت است. اغلب از جهشهای زیست شیمیایی استفاده می‌شود. می‌توان ناتوانی رشد یک عنصر جهش یافته را آشکارسازی کرد، مگر اینکه متابولیتی به عنوان ماده مغذی به محیط افزده شود. یاخته عادی جهش نیافته می‌تواند یک جهش یافته خاص را سنتز کند. رشد یاخته در محیط ناکامل ، آشکارسازی جهش یافته را امکان‌پذیر می‌سازد.

نتایج آزمون نهفته وابسته به جنس مولر

در سال 1927 ، مولر یک سیستم آزمون برای آشکارسازی حضور جهشهای مهلک در هر کجای کروموزوم X را در مگس سرکه دروزوفیلا ملانوگاستر بوجود آورد. چون این جهشها تقریبا به صورت نهفته هستند، آزمایشهای ساده مربوط به تغییرات سیمای نمودی ، آنها را نشان نمی‌دهد. نتایج کارهای مولر که بوسیله آنها جایزه نوبل را دریافت کرد، به صورت زیر است:

• از 25 تا 4000 واحد تابش ، آهنگ تولید کشنده‌های نهفته وابسته به جنس به ازای واحد دوز ، ثابت است. یعنی نمودار فراوانی جهش اضافی برحسب دوز ، خطی است.
  
• به نظر می‌رسد، آستانه‌ای وجود ندارد که در کمتر از آن هیچ اثری را نتوان پیش بینی کرد. بلکه حتی پایین‌ترین دوز بکار رفته با معیارهای حفاظت در برابر تابش بالاست.
  
• حساسیت یاخته جنسی نر ، با مرحله‌ای که در آن پرتوگیری انجام شده است، به شدت تغییر می‌کند.
  
• ایجاد جهشها در دروزوفیلا ، توسط تابش یوننده با آهنگ تا به ازای هر واحد تابش ، رخ می‌دهد. این گزارشها درباره آهنگهای جهش در دروزوفیلا ، در تدوین راه کارهای قرار گرفتن انسان در معرض تابش بسیار موثر بوده‌اند. برای انسان هیچ گونه آستانه‌ای وجود ندارد و چگونگی انباشت دوز ، تاثیر آن را کاهش نمی‌دهد. نگرانیها درباره قابل اعتماد بودن داده‌های درزوفیلا برای پیش بینی درباره انسانها به برقراری طرحی در آزمایشگاه ملی اوک ریج برای تعیین حساسیت پستانداران به جهش زایی تابش انجامید. موش به عنوان حیوان آزمایشگاهی برگزیده شد.

نتایج آزمون بر روی موشها

برای یاخته جنسی نر

• فراوانی جهش برای محلهای مختلف مورد بررسی به صورت گسترده‌ای تغییر می‌کند.
  
• میانگین آهنگ جهش در موشها ، نسبت به دروزوفیلا 10 تا 15 برابر بود.
  
• هیچ دلیل وجود ندارد که یاخته‌های موجد تخم حاوی این جهشها کمتر از یاخته‌های عادی دوام بیاورند. هیچ گونه تغییر فراوانی جهش برای جفت گیریهای تا دو سال پس از پرتوگیری مشاهده نشد. بنابراین این جهشها در طول حیات تولید مثلی ادامه خواهد داشت.
  
• فراوانی جهش به صورت گسترده‌ای برحسب مرحله رشد یاخته جنسی در هنگام پرتوگیری تغییر می‌کرد.
  
• آهنگ دوز ، یک متغیر مستقل مهم است.

برای یاخته جنسی ماده

• برای یاخته‌های جنسی ماده در مراحل مختلف ، فولیکولهای بالغ یا تقریبا بالغ دارای بیشترین فراوانی جهش هستند.
  
• به نظر می‌رسد که تخمکهای نارس یا نابالغ به جهشهای ناشی از پرتوگیری بسیار مقاوم باشند.
  
• وابستگی به دوز نیز در تخمکهای نارس مشاهده می‌شود و تا آهنگهای دوز بسیار پایین‌تر از مقدار مربوط به نر قبل از رسیدن به اشباع ترمیم ادامه دارد.
  
• بطور کلی حساسیت یاخته جنسی ماده بسیار کمتر از یاخته جنسی نر است.

جهشهای ژنی اندازه گیری شده در یاخته‌های پستانداران

دانشمندان بسیاری در زمینه اندازه گیری آهنگهای جهش در یک موجود زنده قارچی ، نوروسپورا کراسا ، انجام داده‌اند. در دو دهه گذشته همین نوع مطالعات در مورد یاخته‌های کشت شده پستانداران انجام شده است. بدیهی است که آهنگهای جهش استنتاج شده به یاخته‌های جنسی پستانداران مربوط نیست، بلکه به یاخته‌های پیکری مربوط می‌شود که در این کشت رشد کرده‌اند و جمعیت آنها پیوسته افزایش می‌یابد.

سه نوع مطالعه انجام شده است: یکی از آنها مربوط به عناصر جهش یافته اگزوتروفیک است. یک گروه بررسی دیگر از عناصر جهش یافته حساس به دمای تیره‌های یاخته‌ای پستانداران بهره گرفته است که به بهترین وجه در دماهای خاصی رشد می‌کنند که با دمای عادی اتاقک رشد تفاوت دارد. گروهی از عناصر جهش یافته با پرتودهی رشد کرده‌اند که به بعضی داروها مانند بازدارنده‌های متابولیزم ، مقاوم هستند.

سوزوکی و اوکادا فراوانی جهش را بر روی یک نژاد اگزوتروفیک موش L5178y بررسی کردند که برای رشد عادی نیازمند آلانین بود. نقطه پایان جهش ، از میان رفتن وابستگی به آلانین برای رشد بود (تبدیل شدن به پروتوتروفی). فراوانی جهش اندازه گیری شده با پرتوهای x برابر بود با به ازای واحد تابش.

در میان محققان بسیاری که مقاومت در برابر داروی اکتسابی را به عنوان ابزار گزینش برای شناسایی جهشها بکار می‌برند، ناپت و سایمونز مقاومت اکتسابی به داروی 6- تیوگوانین در موش L5178y بکار بردند. آنها همان فراوانی جهش به ازای هر واحد تابش را بدست آورند.

این فراوانی‌های جهش برای یاخته‌های پیکری کشت شده پستانداران را باید با فراوانی جهش جایگاه ویژه موش ، مقایسه کرد. به عنوان مثال ، برای یاخته موجد تخم موش این فراوانی است که اساسا همان مقدار مربوط به پستاندارن است.