КОВАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

Электроны сверхнизких энергий разрушают ДНК.

Уран испускает альфа-частицы (ядра гелия). Проникая в живую ткань, каждая из них выбивает до 160 тыс. низкоэнергетических электронов.

ОБЛУЧЕНИЕ Естественный радиационный фон (на уровне моря) способствует возникновению в среднем 7 «вторичных» электронов в день в каждой клетке человеческого организма. Удельная мощность облучения составляет приблизительно 200 МэВ на килограмм за секунду. Впрочем, нет повода для паники: около 40% этой дозы обусловлено присутствующими в человеческом теле ядрами радиоактивных элементов. Легочные ткани сильнее подвержены облучению, поскольку вдыхаемый радон и продукты его распада испускают альфа-частицы (ядра атома гелия), характеризующиеся малым радиусом действия. Электромагнитные поля, излучаемые линиями электропередачи, сотовыми телефонами и другими видами бытовой электроники, ни в коей мере не являются ионизирующим излучением. Специалисты Американского физического общества заявили, что «нет никакой связи между возникновением рака и полями, излучаемыми линиями электропередачи».

Проникая в живые клетки, ионизирующее излучение повреждает ДНК. Каждая быстрая частица несет в миллионы раз больше энергии, чем фотон видимого света. Недавние эксперименты показали, что даже низкоэнергетические электроны способны разрушить главные составляющие молекул РНК и ДНК. Полученный результат помогает понять, какие биологические эффекты вызывает слабое излучение и как их можно использовать для усовершенствования радиационной терапии.

По объему обрабатываемой информации система второго поколения далеко опередила свою предшественницу, поэтому ее внедрение потребует огромных затрат.

Сталкиваясь с атомами, частицы ионизирующего излучения высокой энергии не наносят им большого ущерба. Они лишь выбивают из них электроны, словно шар для боулинга, с грохотом разбрасывающий кегли. Ионизирующее излучение высвобождает приблизительно 40 тыс. «вторичных» электронов, несущих от 1 до 20 эВ, что сравнимо с энергией фотонов видимого и ультрафиолетового диапазонов спектра.

До 2000 г. считалось, что повредить ДНК могут только вторичные электроны с энергией не менее 10 эВ, достаточной для ионизации молекулы. Однако Леон Санче (Leon Sanche), Дэрил Хантинг (Daril Hunting) и Майкл Хьюлз (Michael A. Huels) из Шербрукского университета в Квебеке обнаружили, что даже электроны с энергией до 3 эВ могут нанести ущерб ДНК. Присоединяясь к одной из молекулярных цепочек, они образуют нестабильные отрицательно заряженные ионы. Продукты распада последних вступают в химическую реакцию с другой молекулярной цепочкой и разрушают ее. Клеточный механизм восстановления ДНК способен исправлять незначительные одиночные повреждения, но справиться со сложными нарушениями он не в силах. Сотрудники группы Тильмана Мёрка (Tilmann Merk) из Инсбрукского университета (Австрия) понизили планку до 1 эВ. Они сталкивали пучки низкоэнергетических электронов с пучками газообразного урацила, тимина, цитозина (основные компоненты, кодирующие информацию в молекулах РНК и ДНК) и дезоксирибозы (одна из основных составляющих ДНК). Выяснилось, что электроны, энергия которых мала, активно разрушают дезоксирибозу. Как и в экспериментах с целой спиралью ДНК, они прилипают к молекуле, вследствие чего от нее отрываются атомы водорода и более крупные фрагменты.

Канадские и австрийские ученые исследовали явление прилипания электронов низких энергий к молекулам галогенурацила, в которых водород замещен галогеном, например бромом. Еще 40 лет назад было обнаружено, что замещение бромурацила на тимин в молекуле ДНК повышает восприимчивость клетки к излучению (тимин схож с бромурацилом, но бром в нем замещен на метиловую группу). Результаты исследований показали, что фторурацил, применяющийся в химиотерапии, тоже повышает восприимчивость раковых клеток к излучению, хотя основное терапевтическое назначение этих веществ – подавление реакций синтеза РНК и ДНК. В этом году группа из Инсбрука обнаружила, что хлорурацил в 100 раз более чувствителен к разрушению электронами, чем обычный урацил.

Разумеется, взаимодействие электронов с газообразным урацилом в вакууме лишь отдаленно напоминает их реакцию с ДНК, окруженной молекулами воды. Поэтому Мёрк в ближайшее время планирует изучить взаимодействие электронов с ДНК, заключенной в оболочку из молекул воды. Команда Хьюлза тем временем исследует молекулярные цепочки ДНК, содержащие бромурацил, чтобы повысить эффективность радиотерапии. Канадские ученые обнаружили, что повышение чувствительности бромурацила к излучению зависит от структуры ДНК и порядка следования молекулярных фрагментов, в которые включен бромурацил. Хьюлз надеется, что это позволит прицельно воздействовать на определенные участки генетического кода раковых клеток.

Оригинал - www.sciam.ru