Репарация

в генетике, особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (См. Дезоксирибонуклеиновая кислота) (ДНК), возникающие вследствие воздействия различных физических и химических агентов, а также при нормальном биосинтезе ДНК в процессе жизнедеятельности клеток. Начало изучению Р. Было положено работами А. Келнера (США), который в 1948 обнаружил явление фотореактивации (ФР) — уменьшение повреждения биологических объектов, вызываемого ультрафиолетовыми (УФ) лучами, при последующем воздействии ярким видимым светом (световая Р.). Р. Сетлоу, К. Руперт (США) и др. Вскоре установили, что ФР — фотохимический процесс, протекающий с участием специального фермента и приводящий к расщеплению димеров Тимина, образовавшихся в ДНК при поглощении УФ-кванта.

Позднее при изучении генетического контроля чувствительности бактерий к УФ-свету и ионизирующим излучениям была обнаружена темновая Р. — свойство клеток ликвидировать повреждения в ДНК без участия видимого света. Механизм темновой Р. Облученных УФ-светом бактериальных клеток был предсказан А. П. Говард-Фландерсом и экспериментально подтвержден в 1964 Ф. Ханавальтом и Д. Петиджоном (США). Было показано, что у бактерий после облучения происходит вырезание поврежденных участков ДНК с измененными нуклеотидами и ресинтез ДНК в образовавшихся пробелах. Различают предрепликативную Р., которая завершается до начала репликации (См. Репликация) хромосомы в поврежденной клетке, и пострепликативную Р., протекающую после завершения удвоения хромосомы и направленную на ликвидацию повреждений как в старых, так и в новых, дочерних молекулах ДНК.

Считается, что у бактерий в пострепликативной Р. Важная роль принадлежит процессу генетической рекомбинации (См. Рекомбинация). Системы Р. Существуют не только у микроорганизмов, но также в клетках животных и человека, у которых они изучаются на культурах тканей. Известен наследственный недуг человека — пигментная ксеродерма, при котором нарушена Р. Каждая из систем Р. Включает следующие компоненты. Фермент, «узнающий» химически измененные участки в цепи ДНК и осуществляющий разрыв цепи вблизи от повреждения. Фермент, удаляющий поврежденный участок. Фермент (ДНК-полимераза), синтезирующий соответствующий участок цепи ДНК взамен удалённого. Фермент (лигаза), замыкающий последнюю связь в полимерной цепи и тем самым восстанавливающий её непрерывность.

У бактерий имеются по крайней мере 2 ферментные системы, ведущие Р. Первая осуществляет вырезание и ресинтез на небольшом участке в 5—7 нуклеотидов, вторая — на участке в тысячу нуклеотидов и более. Ферменты второй системы Р. Участвуют также в процессах генетической рекомбинации. В случае повреждений, вызванных, например, УФ-светом, нормальная клетка кишечной палочки способна репарировать до 2000 повреждений. Клетка с выведенной из строя первой системой Р. — около 100 повреждений. Клетка с выведенными из строя обеими системами Р. Погибает от одного повреждения. Существуют бактерии с исключительно активными ферментами Р. (например, Micrococcus radiodurans), которые благодаря этому способны выживать в воде, охлаждающей ядерные реакторы.

Ферментные системы Р., как полагают, принимают участие и в нормальной репликации ДНК, т. Е. Её удвоении. При репликации материнская ДНК деспирализуется (раскручивается), что может сопровождаться разрывами её нитей. Кроме того, дочерние цепи ДНК синтезируются в виде небольших фрагментов. Поэтому заключительная фаза репликации — Р. Всех дефектов, возникших при синтезе ДНК. Важная функция второй системы Р. — её участие в образовании мутаций (См. Мутации). Под действием различных мутагенов в ДНК образуются производные нуклеотидов, чуждые клетке. Они устраняются системой Р., которая заменяет их на нуклеотиды, естественные для ДНК, но иногда измененные по сравнению с первоначальными. Открытие Р. ДНК привело к коренным изменениям представлений о молекулярных механизмах, обеспечивающих стабильность генетического аппарата клеток и контролирующих темп мутационного процесса.

С. Е. Бреслер. Репарация в радиобиологии, восстановление биологических объектов от повреждений, вызываемых ионизирующими излучениями. Р. Осуществляется специальными ферментами и зависит от генетических особенностей и физиологического состояния облученных клеток и организмов. Изучение генетического контроля и молекулярных механизмов Р. Клеток, поврежденных ультрафиолетовыми лучами и ионизирующими излучениями, привело к открытию Р. Генетической (см. Выше). У одноклеточных организмов и клеток растений и животных Р. Приводит к повышению выживаемости, уменьшению количества хромосомных перестроек (См. Хромосомные перестройки) (аберраций) и генных мутаций. Р. Способствуют. Временная задержка первого после облучения деления клеток, некоторые условия их культивирования и фракционирование облучения.

Так, при выдерживании дрожжевых клеток, облученных γ-лучами, α-частицами или нейтронами в лишённой питательных веществ среде, их жизнеспособность благодаря Р. Возрастает в десятки и сотни раз, что соответствует уменьшению относительной биологической эффективности (См. Относительная биологическая эффективность) (ОБЭ) дозы в 4—5 раз (рис. 1). Количество поврежденных хромосом у клеток облученных растений благодаря Р. Может уменьшаться в 5—10 раз (рис. 2). У многоклеточных организмов Р. Проявляется в форме регенерации (См. Регенерация) поврежденных облучением органов и тканей за счет размножения клеток, сохранивших способность к делению. У млекопитающих и человека ведущая роль в Р. Принадлежит стволовым клеткам (См. Стволовые клетки) костного мозга, лимфоидных органов и слизистой оболочки тонкого кишечника.

При изучении Р. У млекопитающих обычно используют фракционированное облучение. Благодаря Р. Суммарный эффект двух доз тем меньше, чем больше интервал между ними. Р. Можно стимулировать введением в организм после облучения небольшого количества необлучённых клеток костного мозга (подобный приём эффективен при лечении лучевой болезни (См. Лучевая болезнь)). Клетки и организмы с нарушенной Р. Отличаются повышенной Радиочувствительностью. Лит. Восстановление клеток от повреждений, пер. С англ., М., 1963. Корогодин В. И., Проблемы пострадиационного восстановления, М., 1966. Жестяников В. Д., Восстановление и радиорезистентность клетки, Л., 1968. Лучник Н. В., Биофизика цитогенетических поражений и генетический код, Л., 1968. Акоев И.

Г., Проблемы постлучевого восстановления, М., 1970. Современные проблемы радиобиологии, т. 1 — Пострадиационная репарация, М., 1970. Восстановление и репаративные механизмы в радиобиологии, пер. С англ., М., 1972. В. И. Корогодин. Рис. 1. Восстановление дрожжевых клеток от летальных повреждений, наблюдающееся при их выдерживании в среде, лишённой питательных веществ. 1 — зависимость выживаемости от дозы при высеве клеток на питательную среду сразу после облучения. 2 — то же при высеве через 48 ч, в течение которых клетки находились в среде, лишённой питательных веществ. 3 — зависимость выживаемости клеток, облученных в дозе 70 крад, от продолжительности выдерживания в среде, лишённой веществ. Стрелками показан способ расчёта питательных эффективной дозы.

Ось абсцисс. Вверху — доза γ-лучей (крад), внизу — время восстановления (сутки). Ось ординат — выживаемость (%). Рис. 2. Восстановление клеток растений от лучевых повреждений, вызывающих хромосомные перестройки. Кривые описывают зависимость количества поврежденных хромосом (ось ординат — %) в клетках облученных проростков бобов (1), гороха (2) и микроспорах традесканции (3) от времени (ось абсцисс — часы) между облучением и делением..