Мутагены термически обработанной пищи. Промутагены в генотоксикологии
Исследования мутагенности, канцерогенности и метаболизма гетероциклических аминов, образующихся при термической обработке мяса и рыбы, показали, что в пиролизатах аминокислот и белков обнаружены производные пиридоимидазола, аминокарболина, имидазохинолина. Большинство этих соединений являются промутагенами (косвенные мутагены). Они подвергаются N-гидроксилированию при участии цитохрома Р-448, продукты метаболизма связываются с макромолекулами и вызывают мутагенные эффекты. Во многих исследованиях обнаружено наличие мутагенных соединений в моче и фекалиях животных и человека, получавших жареные и(или) копченые продукты. В процессе приготовления пищи мутагенные соединения образуются не только в обрабатываемом продукте, но и в окружающей среде в виде летучих генотоксичных соединений. В связи с этим необходимо заметить, что многие авторы признают существенную роль диеты в этиологии рака у человека.
Влияние температуры на выраженность мутагенных эффектов демонстрируют следующие наблюдения. Мутагенность конденсата сигаретного дыма возрастает с повышением температуры, а генетическая активность продуктов сгорания угольной золы исчезает при нагревании ее до 350 °С. Кроме того, конденсат сигаретного дыма усиливает мутагенность полиароматических аминов, таких как 2-аминофлуорен, 2-ацетиламинофлуорен, 4-ацетиламинофлуорен и 2-аминоантрацен.
Механизм синергидности сводится к включению продуктов конденсата в пути метаболической активации флуорениламинов при превращении гидроксиламинов в высокореактивные соединения.
Приведем еще два примера, характеризующие сложность взаимоотношений химических веществ в окружающей среде. Известно, что гидробионты являются кумуляторами загрязненной воды. Вместе с тем водные экстракты из пресноводных растений содержат антимутагены к бенз(а)пирену. Из атмосферного воздуха одного из японских городов выделены не только мутагены, характерные для проб воздуха крупных городов, но и антимутагены (пальмитиновая, стеариновая и линолевая кислоты).
Описанные примеры свидетельствуют в первую очередь о неоднозначности прогнозов относительно реальной мутагенной нагрузки на население в тех случаях, когда определяют только наличие мутагенов в различных компонентах окружающей среды. Прогноз становится еще более проблематичным при оценке взаимодействий, которые могут происходить и происходят в организме млекопитающих и человека.
При сочетании генотоксикантов, если хотя бы один из них липофилен, усиливается проникновение мутагенов не только из внешней среды, но и внутрь организма через тканевые барьеры и клеточные мембраны. Различные токсико-кинетические и токсико-динамические характеристики мутагенов могут быть причиной разных ответов клеток (генетические мишени) на комбинированное воздействие. Наконец, если какой-то из компонентов сложных смесей или иной фактор среды способен ингибировать или индуцировать системы репарации генетических повреждений, то регистрируемый мутагенный эффект изменяется. Подробно эти аспекты проблемы изложены в специальных обзорах и руководствах.
Одной из причин отсутствия аддитивности в ответе организма на комплексные воздействия считается конкуренция химических веществ, различающихся по структуре, физико-химическим параметрам и др., за тот биохимический субстрат, который участвует в метаболизме ксенобиотиков-генотоксикантов.
В последние десятилетия наиболее широко развивающимся направлением химического мутагенеза было изучение метаболической активации мутагенов, многие из которых находятся в окружающей среде в виде промутагенов и для реализации их мутационного действия необходима метаболическая активация. Она представляет собой ферментативный процесс, сформировавшийся в процессе эволюции как универсальный механизм детоксикации любых ксенобиотиков, в том числе обладающих мутагенной активностью. В тех случаях, когда в организм поступает чрезмерно высокое количество ксенобиотиков или активность монооксигеназ смешанных функций изменяется, нарушается работа ферментов второго этапа детоксикации (этап конъюгации), высокореакционноспособные метаболиты (свободные радикалы, эпоксиды и др.) не успевают разрушиться и взаимодействуют с ДНК. Понятно, что мутагены прямого действия тоже являются ксенобиотиками и, следовательно, могут подвергаться действию монооксигеназной системы, играющей в таких случаях не только детоксицирующую, но и антимутагенную роль, снижая частоту мутационных событий. Эти соображения следует иметь в виду при создании тест-систем учета мутагенной активности прямых и косвенных мутагенов (тест Эймса, культуры клеток млекопитающих и человека) и предполагают инкубацию культур с добавленной микросомальной фракцией S-9 печени крыс.
Сложные смеси содержат, как правило, генотоксиканты разного механизма действия, поэтому пути их метаболизма, скорости ферментативных процессов могут быть у них различными, что в свою очередь затрудняет прогноз уровня конечных мутагенных эффектов. Кроме того, принимая во внимание существование генетического контроля за уровнем, скоростью и направлением метаболических процессов, а также за работой ферментных систем репарации генетических повреждений ДНК, приходится констатировать важную роль индивидуальной чувствительности организма (зависящую в целом от свойств его гомеостаза) в становлении мутаций.