Радіоактивні мікроорганізми


Радіоактивні мікроорганізми


РЕФЕРАТ


Обєкт дослідження: Радіоактивні мікроорганізми.

Мета роботи: Розглянути вплив радіації, опромінення, ультрафіолетового випромінювання на життєдіяльність і властивості мікроорганізмів.

Метод дослідження: аналітичне опрацювання інформаційних джерел.

Зміст: Розглянуто вплив радіації, опромінення, ультрафіолетового випромінювання на життєдіяльність і властивості мікроорганізмів. Використання мікроорганізмів в медицині.

Актуальність теми: Всі живі організми мають власну радіочутливість - здатність реагувати у відповідь на подразнення, що викликане поглинутою енергією іонізуючого випромінювання. Умови довкілля мають велике значення для життєдіяльності мікроорганізмів. Чим сприятливіші вони, тим інтенсивніше розвиваються мікроби, і навпаки. Надлишок або брак вологи, низька або висока температура, освітлення, радіоактивне випромінювання, наявність поживних речовин тощо зумовлюють відповідний темп розвитку мікробної клітини.

Ключові слова: радіація, мікроорганізми, радіобіологія, опромінення, ультрафіолетове випромінювання.


ВСТУП


Мікроорганізми, або мікроби - мікроскопічні організми, тобто занадто маленькі, щоб бути видимими неозброєним оком. Вивченням мікроорганізмів займається мікробіологія. Мікроорганізми можуть бути бактеріями, археями, грибами або деякими іншими (ніж грибами) еукаріотами, але не вірусами або пріонами, бо останні загалом класифікуються як неживі, хоча мікробіологія вивчає і ці об'єкти. Мікроорганізми часто описуються як одноклітинні організми; проте, деякі одноклітинні бактерії або протисти видимі неозброєним оком, а деякі багатоклітинні види мікроскопічні.

Мікроорганізми живуть майже усюди на Землі, де є рідка вода, зокрема у вологому ґрунті, у гарячих джерелах, у верхніх шарах океанської води і глибоко усередині скель в межах земної кори. Мікроорганізми критично важливі для харчового ланцюжка в природі, особливо переробки поживних речовин в усіх екосистемах <#"justify">Радіація - виділення елементарних частинок чи електромагнітної енергії атомними ядрами під час їх поділу. Нині широко використовують термін іонізуюче випромінювання, під яким розуміють промені різних типів і походження, які в результаті проходження крізь речовину іонізують атоми і молекули. Так, іонізація може бути спричинена електромагнітними коливаннями (рентгенівським, синхротронним, гамма-випромінюванням) та частинками (електронами, позитронами, протонами, альфа-частинками, р-мезонами, прискореними ядрами, нейтронами). Найважливішим для людини і в той же час небезпечним є б -, в - і г - випромінювання.

б - промені - це потік позитивно заряджених ядер Гелію. Вони мають найкоротший радіус дії (кілька сантиметрів у повітрі і 0,1 мм у живій тканині). Небезпечні тільки під час прямого контакту зі шкірою чи слизовими оболонками, але мають надзвичайну руйнівну силу, спричинюють сильні опіки.

в - промені складаються з негативно заряджених електронів, що рухаються з величезною швидкістю. В повітрі вони поширюються на кілька метрів, у живій тканині - на кілька міліметрів.

г - промені мають електромагнітну природу і становлять найнебезпечніше явище. Діють на відстані сотень метрів.


1.1 Радіочутливість живих систем та її модифікація. Дози радіації


Всі живі організми мають власну радіочутливість - здатність реагувати у відповідь на подразнення, що викликане поглинутою енергією іонізуючого випромінювання. Радіочутливість частіше всього оцінюється за смертельною дією радіації. Різні біологічні обєкти мають різний рівень радіочутливості. Наприклад, деякі найпростіші організми, бактерії, віруси здатні переносити величезні дози радіації 1000-10000 Гр (10000-1000000 Р) і при цьому зберігати свою життєдіяльність. У ссавців стійкість до іонізуючих випромінювань набагато менша. Аналіз нещасних випадків показує, що абсолютна смертельна доза для людини, це 600+/-100 Р, а безпосередні (найближчі) ефекти опромінення не розвиваються при дозах менших 100 Р короткочасового опромінення.

Взагалі чутливість клітини до опромінення залежить від швидкості процесів обміну, що відбуваються у них, кількості внутрішньоклітинних структур та інтенсивності поділу клітин.

Складність та різноманітність процесів, що мають місце між початковим поглинанням радіаційної енергії та кінцевим проявом біологічного ушкодження, обумовлюють можливість багаточисельних модифікацій. Різні фізичні, хімічні та біологічні фактори можуть модифікувати число радіаційних ушкоджень.

Доза опромінення є кількісною оцінкою іонізації. Визначається кількістю енергії радіації, поглинутої одиницею маси тіла. Одиницею виміру є грей. Користуються також поняттям ефективна еквівалентна доза (Зв), або біологічний еквівалент радіації (Бер).

Іонізуюче випромінювання (радіоактивність) обєднує різноманітні види випромінювання за своєю природою, але всі вони подібні тим, що несуть високу енергію, іонізуючу дію та вражають біологічні обєкти. Радіоактивність (радіо - випромінюю + активність - дію) - явище спонтанного перетворення атомного ядра ізотопу одного хімічного елементу в ядро ізотопу того ж або іншого елементу і супроводжується іонізуючим випромінюванням. Радіоактивність ядер ізотопів існує в природі - це природня радіоактивність. ЇЇ відкрив у 1896 році А. Беккерель. Радіоактивність ядер ізотопів, одержаних у результаті ядерних реакцій - це штучна радіоактивність. ЇЇ відкрили у 1934 році Ф. Жоліо-Кюрі та І. Жоліо-Кюрі.

Радіоактивність - це іонізуюче випромінювання, взаємодія якого зі зовнішнім середовищем викликає іонізацію з утворенням електричних зарядів різних знаків. Вона є кількісною характеристикою іонізуючого випромінювання. Якісною характеристикою іонізуючого випромінювання є вид і енергія випромінювання, проникаюча здатність, період напіврозпаду.


.2 Вплив умов довкілля на мікроорганізми


Умови довкілля мають велике значення для життєдіяльності мікроорганізмів. Чим сприятливіші вони, тим інтенсивніше розвиваються мікроби, і навпаки. Надлишок або брак вологи, низька або висока температура, освітлення, радіоактивне випромінювання, наявність поживних речовин тощо зумовлюють відповідний темп розвитку мікробної клітини.

Розвиваючись у певних умовах довкілля прокаріоти пристосовуються до них. Цим і пояснюється той факт, що в південних широтах бактерії можуть добре розвиватися при підвищеній температурі, у північних - при пониженій, галофільні мікроорганізми - у водоймищах з високим вмістом солей. Усі чинники зовнішнього середовища, які впливають на розвиток прокаріотів, можна розподілити на три основні групи: фізичні, хімічні і біологічні. До фізичних факторів належать: волога, температура, концентрація розчинених речовин, світло та інші форми променевої енергії, радіохвилі, ультразвук. Серед хімічних чинників розрізняють рН середовища, отруйні речовини, кисень тощо. До біологічних належать різного типу взаємозв'язки і взаємовідношення між бактеріями, а також між ними та іншими організмами довкілля (симбіоз, метабіоз, коменсалізм, синергізм, антагонізм, паразитизм тощо).


.3 Випромінювання та його вплив


Пряме сонячне світло шкідливо впливає на більшість видів бактерій. Тільки фототрофні мікроорганізми витримують вплив сонячної радіації порівняно легко. Вплив різних видів випромінювання на прокаріотів залежить від довжини хвилі, а також інтенсивності і тривалості випромінювання. Променева енергія поширюється в просторі у вигляді електромагнітних хвиль. Це можуть бути радіохвилі, видимі, інфрачервоні й ультрафіолетові світлові промені, іонізуючі промені - рентгенівські і космічні промені, а також випромінювання, які виникають при ядерних реакціях. Найбільшою довжиною характеризуються радіохвилі. Вони не викликають біологічного ефекту. Дещо меншу довжину хвилі мають інфрачервоні промені. При поглинанні живим організмом вони перетворюються на тепло. Видиме світло, з довжиною хвилі від 300 до 800 нм, поглинається фотосинтезуючими прокаріотами і перетворюється на хімічну енергію. Цей вид випромінювання індукує такі процеси у прокаріотів, як фотосинтез, фототаксис, фотореактивацію ДНК тощо.

Найбільш згубними для бактерій є короткохвильові промені, наприклад, ультрафіолетові (УФ) з довжиною хвилі 250-260 нм. Вони поглинаються ДНК, РНК і білками та зумовлюють зміни їхніх молекул, що призводить до пошкодження клітини. Ультрафіолетові промені викликають також мутагенний ефект, спричиняючи спадкові зміни прокаріотів, а тому їх часто використовують для одержання мутантів різних мікроорганізмів. Штучні джерела УФ - променів - бактерицидні лампи - широко використовують для дезинфекції повітря, холодильних камер, лікувальних і виробничих приміщень тощо. Іонізуюче випромінювання на мікроорганізми може діяти згубно (бактерицидна дія) або викликати мутагенний ефект. Ефективність дії іонізуючої радіації залежить від виду, дози і об'єкту опромінення. Наприклад, прокаріоти набагато витриваліші до дії ядерних випромінювань, ніж вищі організми. Тіонові бактерії, які живуть у покладах уранових руд, мають високу стійкість до радіації. Бактерії знаходили у воді атомних реакторів, де концентрація іонізуючої радіації перевищувала 20-30 тис. Гр (2-3 млн рад). Щодо механізму дії радіації на живі організми, то вважають, що вона виявляє пряму і непряму дію. Пряма дія полягає в радіаційно - хімічних перетвореннях молекул у місці поглинання радіоактивних променів. Вплив останніх спричинює набуття молекулою збудженого стану, в результаті цього утворюються вільні радикали і пероксиди, які реагують з ДНК, РНК і білками. При непрямій дії радіації відбувається пошкодження молекул мембран, органел, клітин цими ж продуктами радіолізу води. Біологічна дія радіації - структурні і функціональні зміни біологічних систем, що обумовлюються іонізуючим випромінюванням. Біологічна дія радіації обумовлюється радіаційно-хімічними ураженнями молекул (руйнування хімічних звязків), які входять до складу клітини, а також іонізацією або збудженням молекул. У клітинах виникають активні гідроксиди (ОН-), вільні радикали органічних молекул. З появою цих активних форм молекул розвиваються вторинні механізми радіаційного ураження клітин, що виражається порушенням властивостей структур клітини, процесів обміну речовин і фізіологічних функцій організму, швидкістю виділення з організму. Наступні біохімічні процеси променевого ураження розвиваються повільніше. Активні радикали, що утворилися, порушують нормальні ферментативні процеси в клітині, що веде до зменшення кількості макроенергетичних сполук. Особливо чутлива до опромінення ДНК в клітинах, які інтенсивно діляться.


Таблиця 1.1 Види організмів та смертельні дози радіації для них

Види організмівДоза опроміненняВиди організмівДоза опроміненняВіруси62 - 4600Молюски120 - 200Бактерії17 - 3500Рептилії15 - 500Найпростіші100 - 3500Риби6 - 55Водорості, лишайники300 - 17000Птахи6 - 14Покритонасінні10 - 1500Гризуни8 - 15Голонасінні4 - 150Велика рогата худоба1, 5 - 2,7Комахи580 - 2000Людина2,5 - 3,0

1.4 Вплив аварії на ЧАЕС на навколишнє середовище


Катастрофа на Чорнобильській атомній електростанції (ЧАЕС) у 1986 р. призвела до ураження територій багатьох країн світу. Наслідки цього лиха для довкілля ще довго будуть відчуватись і в Україні. Після катастрофи в зоні відчуження ЧАЕС було проведено значну кількість досліджень впливу радіації на біоту. Накопичено багато даних стосовно дії іонізуючого опромінювання на фауну і флору в цьому регіоні, але найменш досліджено наслідки катастрофи для прокаріотів. Навіть на Міжнародній конференції Пятнадцять років Чорнобильської катастрофи. Досвід подолання були відсутні роботи стосовно вивчення впливу радіації на бактерії у цій зоні.

Таким чином, залишалися невідомими як результати гострої дії на ґрунтові бактерії високих доз радіації, що спостерігалися відразу після аварії, так і результати пролонгованої дії порівняно низьких доз радіації, що спостерігалися в наступні роки. Значимість біоценотичних змін після опромінювання вивчають, використовуючи різноманітні екологічні критерії (індекси домінування та різноманітності, коефіцієнт подібності тощо).

Найнижчу радіочутливість серед живих організмів мають бактерії роду Micrococcus, виявлені в каналі атомного реактора, де потужність дози опромінення становить близько 12 Гр/с, або понад 1 млн Гр/добу. У цих умовах бактерія не тільки виживала, а й розмножувалась. У зв'язку з такою високою радіостійкістю ця бактерія дістала назву «мікрококкус радіостійкий». Для більшості бактерій напівлегальні дози знаходяться в діапазоні 300-2000 Гр. Спори бактерій ще стійкіші до опромінення. Але серед бактерій є представники, для яких напівлетальна доза набагато нижча (300-500 Гр). Так, для кишкової палички ЛД50 становить 30-60 Гр.

Deinococcus radiodurans - грам - позитивна, екстремофільна кокова бактерія роду Deinococcus, один з найстійкіших організмів до дії іонізуючого випромінювання. Вперше був виділений з консервованого м'яса, підданого дії гамма-випромінювання з метою вивчення можливості стерилізації. Організм був вперше описаний в 1960 році під назвою Micrococcus radiodurans, а в 1981 році переведений до новоствореного роду Deinococcus. Зараз розроблюються способи використання D. radiodurans в біоочищенні радіоактивно заражених стічних вод.

D. radiodurans широко відома своєю високою стійкістю до дії радіації <#"justify">Рисунок 1.2. Зменшення маси картопляних дисків при зараженні різними штамами Pectobacterium carotovora


Найвищий рівень вихідної агресив-ності характерний для штамів ІМВ 216 та ІМВ 8982. Однак у них не було виявлено значимого зростання патогенності після УФ-В-опромінення. Штам ІМВ 8418 характеризувався найнижчим вихідним рівнем агресивності, величина якої значно коливалася, проте при УФ-В-опроміненні відбувалося її значне зростання. Таким чином, полібіотрофний штам ІМВ 8418 мав найвищий адаптаційний потенціал.

Зростання агресивності пектобактерій обумовлювлене стрес - індукованим підвищенням експресії факторів патогенності, зокрема, пектинліази. Пектинліаза є одним з основних факторів патогенності пектобактерій. Для дослідження звязку стимуляції агресивності бактерій зі стрес-індукованою експресією пектинліази було проведене порівняння рівня агресивності типового штаму Р. сarotovora ІМВ 1847 при УФ-В-опроміненні та активності пектинліази (рис.1.3). Було показано, що дозова залежність для експресії пектинліази повторювала характер дозової залежності агресивності бактерій. Це підтверджує внесок активації пектинліази у стимуляцію агресивності бактерій при УФ-В-опроміненні.


Рисунок 1.3. Залежність агресивності та активності пектинліази Pectobacterium carotovora subsp. carotovora ІМВ 1847 від дози УФ-В


Тобто, УФ-В - опромінення може не тільки стимулювати підвищення стійкості мікроорганізмів через активацію систем репарації ДНК, але й підсилювати патогенні властивості бактерій через збільшення експресії їх факторів патогенності. Це вказує на те, що у патогенів сформувалися різнорівневі системи SOS-опосередкованої регуляції експресії генів вірулентності (зокрема, регуляція білком RecA транскрипції факторів патогенності).

Отже, показано, що малі дози УФ-В - опромінення можуть підсилювати патогенні властивості бактерій P. carotovora. Зростання агресивності бактерій P. carotovora, індукованої УФ-В, опосередковується стрес-індукованою стимуляцією експресії їх факторів патогенності, зокрема, пектинліази. Встановлено, що агресивність широкоспеціалізованого штаму Р. carotovora ІМВ 8418 вища, порівняно з іншими дослідженими штамами. Це свідчить про наявність у нього більшого адаптивного потенціалу.


Розділ ІІ. Використання радіоактивних бактерій


Незважаючи на прогрес у боротьбі з різними типами онкологій, рак підшлункової залози все одно піддається лікуванню досить важко. Лише у 4% пацієнтів очікується тривалість життя у 5 років, переважно через величезну здатність хвороби до утворення метастаз, тобто розсіювання по інших частинах тіла. Однак, група дослідників показала новий спосіб призупинити це розсіювання, доправляючи радіоактивні матеріали безпосередньо у онкоклітини за допомогою генетично модифікованих бактерій. У дослідженні, проведеному на мишах із людськими пухлинами, ця терапія зменшила початкові пухлини тварин і не пошкодила здорові тканини; також вона знищила 90% онкоклітин, які встигли розповсюдитися по організмі тварини.


Рисунок 2.1. Радіоактивні бактерії (позначено червоним) знищують ракові клітини зсередини.


Цей мікроорганізм - Listeria monocytogenes, паличкоподібна бактерія, яка вбудовується у клітини заражених людей і тварин. Хоча цей патоген може стати причиною серйозних хвороб, наприклад, менінгіту, імунна система здорової людини зазвичай знищує її до того, як вона встигне зашкодити. Через здатність бактерії проникати у ключові імунні клітини - макрофаги -деякі дослідники використовують ослаблену Listeria із приєднаними фрагментами ДНК пухлини для того, щоб навчити імунну систему розпізнавати і знищувати онкоклітини, що могли б пройти непоміченими.

Іммунобіолог Клаудія Ґрейвкамп , яка на той час працювала у Дослідному інституті Каліфорнійського тихоокеанського медичного центру в Сан-Франциско в рамках роботи досліджувала подібну вакцину на основі ослаблених Listeria із дуже агресивною формою раку грудей з точки зору утворення метастаз. У 2009 році Ґрейвкамп і її колеги виявили, що бактерія не просто примушує імунну систему атакувати онкоклітини. Мікроби інфікували та знищували ракові клітини напряму <#"justify">ВИСНОВКИ

радіація довкілля опромінення

При виконанні курсової роботи я дослідила та проаналізувала вплив різних видів випромінювання на мікроорганізми. Дізналася про використання радіоактивних бактерій в медицині. Розглянула різні види випромінювання це можуть бути радіохвилі, видимі, інфрачервоні й ультрафіолетові світлові промені, іонізуючі промені - рентгенівські і космічні промені, а також випромінювання, які виникають при ядерних реакціях.

Найбільш згубними для бактерій є короткохвильові промені, наприклад, ультрафіолетові (УФ) з довжиною хвилі 250-260 нм. Вони поглинаються ДНК, РНК і білками та зумовлюють зміни їхніх молекул, що призводить до пошкодження клітини. Ультрафіолетові промені викликають також мутагенний ефект, спричиняючи спадкові зміни прокаріотів, а тому їх часто використовують для одержання мутантів різних мікроорганізмів.

Цікавим моментом було дізнатись, що група дослідників знайшла спосіб призупинити утворення метастаз, доправляючи радіоактивні матеріали безпосередньо у онкоклітини за допомогою генетично модифікованих бактерій. У дослідженні, проведеному на мишах із людськими пухлинами, ця терапія зменшила початкові пухлини тварин і не пошкодила здорові тканини; також вона знищила 90% онкоклітин, які встигли розповсюдитися по організмі тварини.

Цей мікроорганізм - Listeria monocytogenes, паличкоподібна бактерія, яка вбудовується у клітини заражених людей і тварин.

Отже, опромінення може позитивно та негативно впливати на мікроорганізми, а також приносити користь радіоактивністю у лікуванні ракових опухолей.


СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ


1.Гігієна харчування з основами нутриціології : підруч.: у 2-х кн. Кн. 2 / В.І. Ципріян, І.Т. Матасар, В.І. Слободкін. - К. : Медицина, 2007. - 544 c.,

2.Дмитрієв О.П. Вплив УФ-В радіації на цитофізіологічні реакції у рослин / О.П. Дмитрієв, М.І. Гуща // Цитология и генетика. - 2003. - 37, № 6. - С. 66-77.,

.Кравец А.П. Радиологические последствия радионуклидного загрязнения почв и растений / А.П. Кравец; НАН Украины. - К. : Логос, 2006. - 179 c.,

.Паренюк О.Ю. Якісний склад домінуючих форм мікроорганізмів, виділених із забруднених радіонуклідами грунтів, та їх здатність до акумуляції / / О.Ю. Паренюк, О.В. Мошинець, Л.В. Титова, С.Є. Левчук // Мікробіол. журнал. - 2013. - 75, № 1. - С. 33-40.,

.Проблема модифікації патогенності мікроорганізмів в антропогенно змінених екосистемах / Ю.В. Шиліна, М.І. Гуща, О.П. Дмитрієв [та ін.] // Агроекол. журнал. - 2006. - № 2. - С. 48-58.

.Рокитко П.В. Екологічні наслідки радіоактивного забруднення для бактерій в зоні відчуження ЧАЕС / П.В. Рокитко, В.О. Романовська // Агроекол. журнал. - 2006. - № 2. - С. 45-48. ,


Теги: Радіоактивні мікроорганізми  Курсовая работа (теория)  Биология
Просмотров: 40920
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Радіоактивні мікроорганізми
Назад