Действие излучения

Солнечный свет может вызывать сильный антимикробный эффект. Так, более 99,9% клеток штамма Escherichia coli с нарушенными репарационными механизмами погибают после облучения солнечным светом в течение трех минут. При этом более 80% летальных повреждений связаны с действием света длиной волны менее 312 нм. Действие видимого света ответственно менее чем за 1% летальных повреждений. Видимый свет длиной волны 450 нм индуцирует замены пар оснований и мутации сдвига рамки у E. coli. Световые волны длиной 550 нм и особенно 410 нм вызывают фотолизис клеток Myxococcus xanthus. Эффект определяется поглощением света железопорфиринами.

Ультрафиолетовые лучи и ионизирующее излучение

Ближний ультрафиолет (УФ) – излучение с длинной волн 400 – 320 нм – даже в невысоких дозах оказывает на бактерий определенное действие. Так, при освещении ближним УФ подвижных клеток E. coli или Salmonella typhimurium сначала наблюдается увеличение частоты кувырканий клеток, т.е. репеллентный эффект, но затем кувыркания полностью прекращаются и в конце концов наступает паралич жгутиков, т. е. свет нарушает механизмы движения и таксиса. В сублетальных дозах ближний УФ вызывает замедление роста культур, главным образом, за счет удлинения лаг-фазы. Скорость деления клеток также несколько снижается, подавляется способность бактерий поддерживать развитие фага и угнетается индукция ферментов (см. рис. 2).


Эти эффекты определяются в основном поглощением УФ-лучей 4-тиоуридином – необычным основанием присутствующим в 8-й позиции у многих тРНК прокариот (но не у эукариот). Возбужденный светом 4-тиоуредин образует сшивки с цитозином, находящимся в 13-ом положении в тРНК, что препятствует связыванию тРНК с аминокислотами и приводит к увеличению образования гуанозинттрафосфата на рибосомах и к приостановке синтеза РНК соответственно и белка.
Средний УФ – это излучение с длинами волн 320 – 290 нм и дальний УФ – излучение с длинами волн 290 – 200 нм. Биологические эффекты действия среднего и дальнего УФ сходны. Как уже было упомянуто, при облучении солнечным светом гибель бактерий связана в основном с действием УФ. Однако нужно иметь ввиду, что нижний предел длины волны света, попадающего на земную поверхность около 290 нм. В многочисленных исследованиях используются источники света с меньшей длиной волны. Считают, что резистентность организма к солнечной радиации, как правило, соответствует его устойчивости к неионизирующему излучению от искусственных источников.
ДНК интенсивно поглощает УФ в области 240 – 300 нм, т.е. в области среднего и дальнего УФ, с пиком поглощения в области 254 нм. Этим объясняется высокая мутагенная и летальная эффективность облучения средним и дальним УФ. Образование пиримидиновых димеров в ДНК является основным механизмом, обуславливающим летальный и мутагенный эффекты. В состав димеров могут входить два соседних тиминовых или цитозиновых остатка либо один тиминовый и один цитозиновый остатки. Под влиянием УФ-облучения происходит также гидроксилирование цитозина и урацила, образование цитозин-тиминовых аддуктов, сшивок ДНК с белком, формирование поперечных сшивок ДНК, разрывы цепей и денатурация ДНК. Значение таких повреждений возрастает при повышении интенсивности облучения.
УФЛ широко применяются в производственной деятельности человека для обеззараживания воздуха помещений (родильные дома, операционные, животноводческие помещения, промышленные цеха производства антибиотиков, лабораторные боксы), воды, отходов производств
Ионизирующее излучение составляет определенный компонент естественной радиации, определяемый нестабильными изотопами, постоянно находящимися в почве, атмосферных осадках. В областях залегания радиоактивных минералов естественный фон радиации повышен. Изотопы могут попадать в живые организмы и тогда они подвергаются внутреннему облучению. Бактерии иногда способны накапливать некоторые элементы в очень больших количествах.
Ионизирующее излучение возникает также под влиянием космических лучей. Космическое пространство служит источником первичных космических лучей. Первичные космические лучи дают начало вторичным, воздействию которых и подвергаются живые организмы. Интенсивность такого излучения зависит от географической широты, но особенно от высоты над уровнем моря, и приблизительно удваивается каждые 1500 м. В период солнечных вспышек фон космической радиации повышен. Искусственное ионизирующее излучение возникает в результате испытаний ядерного оружия, работы АЭС, применения радиоизотопов в медицинских, научных и других целях. Наличие таких источников – причина того, что микроорганизмы в наши дни подвергаются весьма высоким дозам облучения.
Ионизирующие излучения также вызывают повреждения ДНК, которые принято подразделять на прямые и опосредованные, возникающие в связи с образованием свободных радикалов. Повреждения преимущественно представляют собой одноцепочечные или двухцепочечные разрывы молекулы ДНК.
В некоторых случаях удается обнаружить связь радиоустойчивости бактерий с особенностями ее местообитания. Так, микроорганизмы, выделенные из радоновых минеральных источников, оказываются в 3-10 раз более резистентными к радиации, чем организмы тех же видов, выделенные из нерадиоактивной воды. В охладительных системах ядерных реакторов, где средняя доза излучения превышает 106 ФЭР (физический эквивалент рентгена), обитают разные бактерии, в частности представители рода Pseudomonas. Степень радиоустойчивости некоторых, бактерий значительно превышает предельный уровень радиации, с которым организмы могут сталкиваться в природе. Наиболее вероятным объяснением этого несоответствия может быть предположение о том, что радиоустойчивость – лишь одно из многообразных проявлений действия систем широкого назначения.
Правильнее было бы говорить о степени устойчивости бактерий к определенным нарушениям в структуре их клеток, чем об устойчивости к воздействию определенных факторов среды, поскольку одинаковые нарушения могут быть вызваны разными причинами. Это относится прежде всего к системам репарации повреждений ДНК.
Ионизирующее излучение используется для стерилизации биопрепаратов, перевязочного материала, инструментов.
Действие лазера вызывает у микроорганизмов в зависимости от дозы облучения изменения морфологических и биохимических свойств, вплоть до утраты жизнеспособности. Гибнут бактерии при воздействии лазера длинной волны около 700 нм с энергией 200 Дж. При этом происходит денатурация белка и повреждение нуклеиновых кислот.




Главная Обучающий блок Содержание