Многие генетики на различных биологических объектах определили генетическую активность химических веществ разных классов и предназначения. В 60—70-х годах были разработаны и стандартизованы методы учета мутаций в соматических и зародышевых клетках многих представителей живого мира на Земле. Необходимость такой работы была связана с отсутствием возможности выявить все типы генетических повреждений только на одном объекте и одним методом, а правомочность экстраполяции на человека справедливо аргументировалась общностью генетических мишеней для всех биологических объектов. Понятно, что такого рода экстраполяции носили вероятностный характер. Новый шаг в области химического мутагенеза был сделан тогда, когда стало ясно, что технически невозможно проверить на многих объектах и различными методами потенциальную мутагенность всех важных в народном хозяйстве веществ. Возник вопрос об этапности работ, конструировании тест-систем проверки мутагенности, чувствительности и специфичности методов, создании набора методов, позволяющих с высокой степенью вероятности выявлять мутагены, быть при этом экономичными и воспроизводимыми. В тот период именно эти работы соответствовали главному направлению исследований — обнаружению и оценке потенциальной генетической опасности факторов окружающей среды.
Наиболее полно общие подходы к выявлению мутагенов, оценке их опасности для человека и принципам контроля за мутагенами в окружающей среде были рассмотрены Международной комиссией по защите от мутагенных и канцерогенных соединений. В докладах этой комиссии были определены роль вновь возникших мутаций в заболеваемости населения и стратегия изучения мутагенной активности химических соединений, рассмотрены подходы к контролю и ограничению контакта человека с мутагенами. Эксперты ВОЗ рекомендовали основы стратегии скрининга мутагенов среди вновь синтезированных химических веществ, рассмотрели основные методы и тест-системы оценки генотоксичности in vivo и in vitro, а также подходы к интерпретации результатов тестирования (ВОЗ, 1985).
Разработки экспертов ВОЗ имеют рекомендательный характер, поэтому системы оценки мутагенности в разных странах различаются, но в главном имеют много общего. Прежде всего это наличие этапности исследований с разными задачами каждого этапа и соответственно разным набором используемых методов, позволяющее оптимально решить главную задачу — быстро и квалифицированно выявить мутагены и определить степень их опасности для соматических и зародышевых клеток человека.
На первом этапе — этапе выявления мутагенов — используют внеэкспериментальный прогноз, т.е. анализируют результаты предшествующих исследований мутагенности, канцерогенности, тератогенности и других опасных биологических характеристик веществ, близких изучаемому веществу по химической структуре, физико-химическим параметрам и др. Это стало возможным в результате накопления результатов большого количества экспериментов и организации банка данных токсических соединений, в том числе мутагенов и канцерогенов, в разных странах и международных организациях (Международное агентство по изучению рака, подпрограмме UNEP — по химическим веществам и др.). Такого рода банки данных начали функционировать в нашей стране, например при Российском регистре потенциально опасных химических и биологических веществ. Внеэкспериментальный прогноз необходим для последующего конструирования оптимальной тест-системы и определения очередности испытаний веществ, поскольку отсутствует реальная возможность проверить на мутагенность все вновь вводимые в среду обитания человека соединения. Для первоочередных исследований выбирают не только предположительно опасные вещества, но и те, которые широко распространены в народном хозяйстве, имеют значительную экономическую или иную ценность и с которыми могут вступать в контакт значительные контингенты населения в репродуктивном возрасте и пр.
Виды мутаций
С целью первичного просеивания (скрининга) возможных мутагенов в экспериментах обычно используют краткосрочные тесты для учета генных мутаций на микроорганизмах (тест Эймса салмонелла/микросомы, позволяющий оценивать мутагенные эффекты химических веществ и их метаболитов в системе индукции обратных мутаций в гистидиновом локусе специально сконструированных штаммов Salmonella typhimurium по механизмам замены оснований и сдвига считывания генетического кода), на плодовой мушке дрозофиле (учет рецессивных, сцепленных с полом летальных мутаций или соматического мозаицизма) или в культуре клеток млекопитающих in vitro. В ряде случаев на первом этапе используют тест для учета цитогенетических повреждений в соматических клетках млекопитающих in vivo (индукция хромосомных аберраций или микроядерный тест).
В случае получения позитивных ответов на втором этапе вещество подвергается исследованию с использованием преимущественно методов учета мутаций на соматических и зародышевых клетках млекопитающих и человека с целью выявления зависимости доза — эффект для регламентирования изучаемого генотоксиканта. К этим методам относятся учет хромосомных аберраций в клетках костного мозга млекопитающих и клетках человека, микроядерный тест, учет доминантных летальных мутаций в зародышевых клетках мышей или крыс, транслокационный тест, учет индукции ДНК-повреждений и систем их репарации в клетках человека или млекопитающих и ряд других, подробно описанных в соответствующих руководствах. При исследовании действия веществ, широко распространенных в среде обитания человека и имеющих важное народно-хозяйственное значение, могут быть использованы методы учета генных мутаций на млекопитающих (тест специфического локуса) и ряд других, требующих больших временных и экономических затрат и поэтому используемых крайне редко даже за рубежом.
На основе изучения сравнительной чувствительности и разрешающей способности методов оценки мутагенности химических веществ с использованием кластерного и факторного анализа, имитационного моделирования и т.д. определены взаимозаменяемые и взаимодополняемые методы, наиболее предпочтительные для исследований с прикладной целью. В частности, на первом экспериментальном этапе, как правило, достаточно использовать два метода —тест Эймса для учета генных мутаций и микроядерный тест или индукцию хромосомных аберраций на млекопитающих для учета хромосомных мутаций. Отрицательный ответ в обоих тестах является основой вероятностного прогноза об отсутствии генетической опасности.Программа испытаний должна быть увеличена, если изучаются широко применяемый лекарственный препарат, пестицид, средство для очистки и обеззараживания питьевой воды, пищевая добавка и т.д.
Практически во всех рекомендациях большая значимость придается позитивным результатам, полученным в опытах на млекопитающих in vivo, с целью использования их в прогнозе мутагенных эффектов для потомства и прогноза канцерогенности (данные о мутагенных эффектах в соматических клетках).
