СЕКРЕЦИЯ ЗАЩИТНЫХ ЖЕЛЕЗ У ЖУКОВ КАК САНОГЕНЕТИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ ВЫЖИВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ВРАЖДЕБНОГО МИКРОБИОЦЕНОЗА

Полный текст

Генслосумелзаразитьихсвоейлюбовью к энтомологии; Дарвин и его друзья коллекционировали жуков. Чарльз даже утверждал, что ни один род занятий в университете не доставлял ему столько радости. Однажды, отодрав кусок трухлявой коры, он обнаружил двух уникальных жуков и понес их учителю, по одному в каждой руке. По дороге он заметил еще один редкий экземпляр, не взять который он попросту не мог. Чтобы освободить руку, он сунул одного из жуков в рот. - Увы, - жаловался он профессору Генсло вечером того же дня, - жук выпустил заряд какой-то необычайно мерзкой жидкости, и она так обожгла мне язык, что я вынужден был тотчас выплюнуть насекомое... И. Стоун. Происхождение (роман-биография Чарльза Дарвина) Защитные железы членистоногих животных представляют собой очень разные по строению органы кожного происхождения и образуются путем впячивания межсегментных мембран тела. Защитные органы жуков (отряд Coleoptera) наиболее полно изучены на примере семейств жужелиц (Carabidae), чернотелок (Tenebrionidae), пыльцеедов (Alleculidae), стафилинов (Staphylinidae) и плавунцов (Dytiscidae). Представителям этих семейств посвящено и наибольшее количество опубликованных работ по химической идентификации веществ в защитных секретах. Е. Н. Павловский изучил морфологию желез чернотелки Gnaptor spinimanus в 1915 г. [1, 2], при опубликовании работы на русском языке в 1967 г. академик называет эти железы «пахучими», подчеркивая тем самым, что жидкий секрет, в составе которого содержатся толухинон и этилхинон, хорошо испаряется [3]. Защитные железы жуков стафилинов подсемейства Aleocharinae представляют собой непарный выворачивающийся мешкообразный резервуар объемом около 0,03 мл, расположенный дорсально между 6-м и 7-м тергитами брюшка [4], и совершенно непохожи на аналогичные органы стафилинов подсемейств Staphylininae, Steninae и Oxytelinae, обладающих парными пигидиальными железами на конце брюшка [5]. Секрет защитной железы свободно живущей алеохарины Drusilla (Astilbus) canaliculata содержит 2-метил-1,4-бензохинон (толухинон) и служит для защиты от муравьев, трупами которых этот жук питается, забираясь в муравейник [5]. Когда на жука нападают, он вращает своим брюшком таким образом, чтобы несущий железу сегмент приблизить к раздражителю и обильная порция секрета могла бы смазать нападающего муравья. Такую же функцию выполняет тергальная железа обитающего в муравейниках жука-мирмекофила (Lomechusa strumosa), продуцирующего 2-метили 2-этил-1,4бензохиноны [6]. Стафилины рода Pella живут в гнездах муравьев, но продуцируют в отличие от названных жуков, секретирующих хинон, терпеновый альдегид цитронеллаль, который в качестве феромона тревоги используется муравьями [7], а жукам-мирмекофилам служит, по-видимому, для маскировки. Приведенный факт интересен всвязистем,что железа Насонова у медоносной пчелы продуцирует близкое цитронеллалю соединение - цитраль [8]. Оба альдегида образуются у членистоногих одним и тем же путем [9], что придает железе Насонова еще большее сходство с пахучими железами жуков-стафилинов. У пчел цитраль служит для привлечения внимания членов семьи, находящихся в улье, к характерному «штурманскому» танцу возвратившегося в улей «фуражира», который сообщает таким образом о направлении полета к источнику обильного взятка. Парные брюшные (пигидиальные) железы представителей подсемейства Oxytelinae в морфологическом отношении сильно отличаютсяотжелезStaphylininaeи Steninae и, по общему мнению изучавших их исследователей, развивались полифилетическим путем. Многокомпонентный секрет жуков рода Bledius (Oxytelinae) содержит от 8 до 18% цитраля [10], 1,4-бензохинон и гамма-доделактон (кетон); жуки рода Stenus (Steninae) выделяют 6-метил-гепт-5ен-2-он [11], а рода Staphylinus (Staphylininae) - иридодиаль [12]. Пигидиальные железы жужелиц очень разнообразны по морфологическому строению, но являются гомологичными органами [13, 14]. На основе химического состава секретов и морфологических особенностей строения желез жужелицы разделены на 6 групп, в том числе продуцирующие метакрезол; бензохиноны в железах с однокамерным резервуаром; бензохиноны в железах с двухкамерным резервуаром (жуки-бомбардиры) [15]. Жужелицы, продуцирующиесалицилальдегид, относятся к группам, представители которых секретируют различные кислоты. Например, род Calosoma относят к группе, представители которой выделяют метакриловую кислоту; содержание этой кислоты у некоторых видов достигает 83% [16-18]. Известны жужелицы, продуцирующие муравьиную кислоту, изовалерьяновую, изобутиловую и др. Наличие в секрете жужелиц Dyschirius 2-пентанона, 2-гептанона, иридодиаля, метил-2-гидрокси-6-метилбензоата свидетельствует об их особом положении в подсемействе Scaritinae [18], представители которого продуцируют кислоты и бензохиноны [19]. Жужелицы рода Clivina подрода Chlaenius (Chlaeniellus) (С. (С) prostenus Bat., С. (С.) circumductus Мог., С. (С.) inops Chaud.) продуцируют в однокамерных защитных железах толухинон и n-бензохинон [15, 16, 19]. Резервуары их желез коричневого цвета, овальной формы, с 30-40 довольно длинными и утолщенными синтезирующими долями белого цвета. Когда жуки раздражены, хиноидный желто-коричневого цвета секрет медленно вытекает из устьев желез и, испаряясь, улетучивается в окружающем пространстве. Жуки-бомбардиры (Brachinini) в ответ на раздражение выстреливают секрет, направляя его точно в цель с помощью поворота брюшка [20]. Выбрасывание секрета сопровождается звуковым хлопком - «выстрелом», чтохарактернотакжедля жужелиц Paussini, обитающих в муравейниках, свободно живущих видов Ozaenini и американского вида Metrius contractus Esch. (Metriini) [21]. Пигидиальные железы жуков-бомбардиров рода Brachinus хорошо известны [22]. Для защитыот врагов эти жуки используют фермент-зависимый способ генерации семихиноного радикала и супероксида. Железы имеют двухкамерный резервуар, реакционная камера которого отделена от основной полупрозрачной камеры клапаном, приводимым в действие тремя группами мышц, окружающих резервуар. Реакционная камера представляет собой видоизмененный выводной канал резервуара коричневого цвета, изнутри сильно склеротизированный и содержащий суспензию кристаллических пероксидаз, в состав молекул которых входит гем. Защитные железы открываются двумя симметричными относительно средней линии тела отверстиями [13]. Основная камера резервуара Brachinus содержит концентрированный раствор гидрохинона (диоксифенола) и 25% перекись водорода [23]. Поступая в момент «выстрела» в реакционную камеру, эта смесь соединяется с секретируемыми там каталазой и пероксидазой. Перекись водорода под влиянием ферментов мгновенно превращается в воду и кислород, окисляя гидрохинон до хинона. Окисление гидрохинона сопровождается восстановлением кислорода и происходит по одноэлектронному пути с образованием анион-радикалов семихинона и кислорода (супероксида). Температура выбрасываемой смеси веществ около 100 °С [24]. Выбрасывание жуками защитной смеси с некоторым количеством перекиси водорода и анион-радикалами в мелкодисперсном состоянии происходит так, что время задержки очередного «выстрела» не превышает, как правило, 0,07-0,08 с [25]. Если учесть, что число следующих друг за другом «выстрелов» у Brachinus ballistarius может достигать двадцати, то станет понятным, что бомбардиры обладают весьма надежнойзащитнойсистемой от врагов, которая эффективна даже против таких беспощадных хищников с хватательными конечностями, как богомолы [26]. Крупные виды тропических жуков-бомбардиров представляют собой определенную опасность и для человека: они могут не только опрыскать руки натуралиста ядовитыми веществами, но и обжечь. Известны случаи отравления людей пальмовым вином, в емкости с которым случайно попадали жуки-стафилины рода Paedеrus: в их гемолимфе и половых органах содержится вторичный амин педерин. Раздражающее действие жуков Paederus fuscipes Curt. на кожу человека было изучено Е. Н. Павловским и А. К. Штейном в 1926 г. Молекулярная структура педерина изучалась итальянскими химиками Кардани и Чирингелли в 1966 г., а в 1968 г. формула была уточнена японскими исследователями Фурусаки и Матсумото с использованием методов спектроскопии и рентгенокристаллографии. Центральное положение в структурной формуле вторичного амина педерина занимает аминогруппа, которая образует пептидную связь и соединяет модифицированные с помощью метокси-, оксии гидроксильных групп (в сумме их число на молекулу 8) два циклических остатка γ-пирона; один из них находитсявокисленной(=О),адругой- в восстановленной (-ОН) форме, чем и напоминаетхингидрон-молекулярныйкомплексбензо-и гидрохинона. Гамма-пирон составляет ядро койевой кислоты и других циклических карбонильных соединений токсинов грибов. Структура педерина, его локализация в гемолимфе и в гонадах жуков обоего пола заставляет задуматься о регуляторной роли этого вещества, которую можно сопоставить с ролью низкомолекулярных нейрои других пептидов у позвоночных животных и человека. Известно, что педерин применялся в народной медицине, а препарат на основе спиртовой настойки из жуков-педерусов под названием «стимулин-Д» или «падерин-Д» в середине ХХ в. был разрешен для выпуска и медицинского использования фармакологическим комитетом Министерства здравоохранения СССР. Курсовое применение препарата методом аппликации на определенные области родничка (точка цянь-дин) и темени (точка байхуэй) врачи использовали для усиления иммунитета и нормализации работы нервной и эндокринной систем. Судя по опубликованным в газетах того времени материалам об использовании спиртовой вытяжки из жуков Paederus, препарат повышает фагоцитарную активность нейтрофилов, снижает аллергическую реакцию у детей и лекарственную несовместимость у взрослых пациентов. Пролонгированный лечебный эффект спиртовой вытяжки из жуков, по-видимому, обусловлен устойчивостью действующего вещества к разрушающему влиянию протеаз. Антимитотическая активность педерина на клетки растений и животных была известна давно, что и послужило причиной его активного применения в народной медицине. В нашей стране выпускаемый препарат использовали как биостимулятор физиологических процессов. Возникает вопрос: не являются ли молекулы вторичного амина гемолимфы жуков рода Paederus генератором супероксидаи первичным триггером, использующим перенос заряда электрона анион-радикалами через клеточную мембрану с изменением ее потенциала, подобно тому, как это происходит в организме хордовых животных и человека: с участием гема, копропорфирина и адреналина. В 1929 г. Е. Н. Павловский и А. К. Штейн исследовали гемолимфу (кровь) нарывниковых жуков Epicauta и Mylabris, показав ее воспалительное влияние на кожу человека. В гемолимфе нарывниковых жуков (Meloidae), кокцинеллид, или жуков семейства Божьи коровки (Coccinellidae), и некоторых других содержится экзо-1,2-цис-диметил-3,6-эпоксигексагидрофталевый ангидрид кантаридин. Плазма крови,гемолимфынасекомыхобычноокрашенав желтоватый или зеленоватый цвет, может быть бесцветной. У личинок мушек-звонцов, или мотыля, плазма окрашена в красный цвет вследствие наличия вещества, близкого к гемоглобину позвоночных животных. Красный пигмент у звонцов является поглотителем и переносчиком кислорода. Кровь у отдельных видов насекомых может отбрасываться на расстояние в целях самозащиты: автогеморрагия наблюдается унекоторыхсаранчовых и кузнечиков. Нарывники при угрозе выделяют гемолимфу через многочисленныесочленениятела и конечностей, так же поступают жуки некоторых видов божьих коровок и колорадский жук. У синекрылов автогеморрагия не происходит и при опасности они просто убегают. Как правило, защитные экссудаты членистоногих состоят из нескольких главных и второстепенных компонентов. В этом есть определенный смысл. Так, например, похожий на паука сенокосец Vonones sayi (Arachnida) секретирует в железах 2,3-диметил-1,4-бензохинон и 2,3,5-триметил-1,4бензохинон [27]. При комнатной температуре эти два хинона в отдельности являются кристаллическими веществами, а в смеси их точка плавления снижена, что обеспечивает жидкое состояние секрета в резервуарах желез. Изменение физических характеристик секрета по сравнению с отдельными его компонентами имеет место у постельного клопа Cimex lectularius, продуцирующего 2-гексеналь, 2-октеналь, 2-бутанон и ацетальдегид [28]. Чистый уксусный альдегид имеетточкукипения+20,8°С, и хотя секрет С. lectularius очень летучий, его закипание в резервуаре железы не происходит. Тергальная железа, расположенная на спинной стороне брюшка, наличие которой у стафилинов ограничено подсемейством Aleocharinae, хорошо развита как у видов, живущих в муравейниках, так и у свободно живущих видов, посещающих гнезда муравьев [4]. Секрет жука D. canaliculata содержит продукты, чрезвычайно разнообразные в химическом отношении, - в нем было идентифицировано 15 соединений: предельных и непредельных углеводородов, альдегидов, бензохинонов и дифенолов. Главными компонентами являются толухинони 2-метилгидрохинон, составляющие вместе с двумя углеводородами, двумя альдегидами и 3-метокси-толухиноном более 80% летучих веществ секрета [5]. По разнообразию своего состава секрет тергальной железы стафилина D. canaliculata можно сравнить лишь с секретом жуков-чернотелок Eleodes beameri, в котором из изолированных 23 компонентов было определено 13, в том числе альдегиды, кетоны и толухинон [29]. В целом защитные железы стафилинид (Staphylinidae)силь-но различаются [5]. Представители подсемейств Staphylininae, Steninae и Oxytelinae в противоположность жукам Aleocharinae обладают парными пигидиальными железами. Пигидиальные железы Oxytelinae в морфологическом отношении сильно отличаются от желез Staphylininae и Steninae. Пахучие железы стафилинид, по общему мнению изучавших их исследователей, развивались полифилетическим путем и представляют собой конвергентно выработанные инструменты - морфологические адаптации для выживания в условиях враждебного микробиоценоза. Расположенная на спинной стороне брюшка, железа Насонова у медоносной пчелы возникла параллельно железам жуков подсемейства Aleocharinae и секретирует цитраль, используемый для навигации. Мутации под влиянием непредельных альдегидов (цитронеллаля,цитраля,акролеина и др.) изучал И. А. Рапопорт в 1945-1948 гг., его работа «Мутации под влиянием непредельных альдегидов» опубликована в 1948 г. (т. 61, № 4) в отечественном журнале «Доклады АН СССР» и хорошо известна. Этилхинон в железах представителей семейства Carabidaeнайденлишьунесколькихвидов,и содержание его не превышает 10%. В то же время в секретах некоторых видов жужелиц найдены хиноны, свойственные двупарноногим многоножкам (З-метокси-2-метилхинон) и южноамериканским сенокосцам (2,3-диметилхинон). Помимо бензохинона железы отдельных видов жужелиц секретируют органические кислоты и мета-крезол [15, 16, 30]. Показано, что хиноидные секреты членистоногих обладают летальной активностью против бактерий и простейших. Так, в результате исследования бактерицидного действия секрета головогрудных желез сенокосцев семейства Gonyleptidae (Arachnida) выявлено, что смесь бензохинонов их секрета эффективна против представителей 18 родов бактерий и простейших: в концентрации от 2,6 до 64 мкг/мл - против различных штаммов Bacillus cereus, В. subtilim, В. anthracis; в концентрации от 3 до 10 мкг/мл - противStaphylоcoccusaureus; 3-112 мкг/мл - Escherichia coli [31]. При концентрации в водном растворе 100 мкг/мл секрет убивал возбудителя американского трипаносомоза (болезни Чагаса) Trypanosoma cruzi (Protozoa). Мука, обработанная хиноидным секретом жуков рода Tribolium, приобретает бактерицидные свойства [32]. Летальное действие секрета сопровождается нарушениями при делении бактериальных клеток. Хиноидные секреты жуков оказывают антибиотическое действие на плесневые грибы [33] и инактивируют патогенные для насекомых микроспоридии [34]. Пары защитного секрета Tribolium destructor(уэтихжуковсодержаниетолухинонав 2,6 раза меньше, чем этилхинона, при общем количестве хинонов в секрете около 60% [35]) обладают летальным действием на культуры дизентерийных бактерий, кишечной палочки и сальмонелл [36]. При исследовании антибиотической активности хинонов показана ее зависимость от строения молекулы соединения [37]. Так, введение метоксильных групп в молекулу синтетических хинонов заметно усиливает ихбактерицидноедействие, а введение гидроксильной группы - снижает. Замена метоксильной группы гидроксильной всегда снижает антибиотическую активность хинона. Фунгицидная активность хинонов становится более выраженной при наличии в их молекулах атомов галоидов. Исследование закономерностей взаимодействия флавиновых дегидрогеназ с 2-метил-1,4-нафтохионом приводит к выводу, что токсичность хинонов обусловлена одноэлектронным способом их восстановления до семихинонного радикала, который самоокисляется, вследствие чего в аэробной среде образуется свободный анион-радикал кислорода (супероксид) [38]. Фермент-зависимые пути образования супероксида и других радикалов при наличии в биосистеме доноров электрона могут быть связаны с действием альдегидоксидазы [22] или ксантиндегидрогеназы, которая in vivo дает синий семихинон и восстанавливает кислород только по одноэлектронному пути с образованием анионрадикала. Наличие подобных ферментов у жуков обеспечивает, по-видимому, появление в организме свободных радикалов и пигментов(надкры-лья жуков-бомбардиров Brachinus и синекрылов Paederus, например, синего цвета), что говорит об адаптационной значимости активных заряженных частиц кислорода и семихинона не только в цепи транспорта электрона в митохондриях и пластидах. Важной адаптационной функцией высших организмов к поддержанию баланса оксидантной и антиоксидантной систем является способность кожи, глаз, эпифиза регулировать концентрацию активных форм кислорода поглощением световых квантов внешнего облучения (гем, хлорофилл и копропорфирин являются фотосенсибилизаторами). Самоокисление адреналина [39], гидрохинона, так же как окисление гема крови хордовых животных и человека в гемин [22, 40] сопровождается появлением in vivo активных форм кислорода, диффузионный поток молекул которого, особенно супероксида на клеточные мембраны, представляет собой физический механизм нейрогуморальной регуляции функций организма. Тканевые макрофаги и другие фагоциты используют кислородный,а точнее сказать, супероксидный «взрыв» в иммунных реакциях при адгезии чужеродных клеток, чтобы их убить [41]. В основе генерации супероксида на поверхности фагоцитов лежит окисление глюкозы по фосфоглюконатному пути с образованием никотинамидадениндинуклеотидфосфата, что приводит при наличии в среде акцепторов атомов водородак одноэлектронному восстановлению кислорода и образованию анион-радикала. Специальные исследования по токсикологии бензои нафтохинонов, проведенные в целях разработки мер профилактики при работе с ними, показали, что раздражающее действие 1,4-бензохинона и 1,4-нафтохинона на верхние дыхательные пути кроликов начинает проявляться при концентрации паров этих соединений в воздухе около 0,4 мг на 1 м3 [42]. В экспериментах на мышах и крысах ЛД50n-бензохинона при подкожном введениисоставило296мг/кг.Отравлениевыражается в двигательном беспокойстве, сменяющемся адинамией, поверхностным дыханием, угнетением звуковых и болевых рефлексов. Смесь бензохинонов секрета жуковTriboliumпридобавлении в корм вызывала злокачественный рост слюнных желез у мышей [43]. Поведение жуков-чернотелок, когда их раздражают, отличается известным разнообразием. Жуки рода Tribolium и Latheticus, повреждающие продовольственные запасы,послеприкосновения притворяются мертвыми, поджимаютногии не двигаются, через несколько секунд насекомые начинают выделять секрет и убегают. Потревоженные жуки-чернотелки Eleodes и Blaps«становятся на голову» и выбрасывают зловонную струю содержимого брюшных резервуаров на расстояниедо 5-10 см [44, 45]. Парные брюшные и грудные железы чернотелок продуцируют, как правило, хиноны. Биохимические исследования показали, что основной путь образования n-бензохинона защитных экссудатов у жука Eleodes longicollis состоит в преобразовании бензольногокольцатирозина и фенилаланина [46]. Алкилированные хиноны (толухинон и 2-этил-1,4-бензохинон), как показывает введение насекомым 1-14С-ацетата и 1-14С-пропионата, образуются в железах жуков в результате конденсации ацетил-КоА и малонатных остатков, циклизации и окисления (алкилирования) конечного продукта. Общее количество защитного секрета у жуков малых хрущаков Tribolium madens (возраст 50-75 сут, длина тела 3,6-5,2 мм) составляет 211-241 мкг, T. brevicornis - 333-376 мкг на особь[47].Приэтом расчетное количество бензохинонов на одного жукасоставляетсоответственно152-178 и 228-255 мкг. Принимая за основу расчетов, что в железах жука T. castaneum (длина тела 2,3-4,4 мм) содержится в среднем 55 мкг хинона, Р. Ладиш с соавт. определили количество токсина в сельскохозяйственной продукции, заселенной булавоусыми хрущаками [48]. Исследователями было подсчитано, что в одной партии семян подсолнечника массой 95 390 т находилось 40 000 млн насекомых, в том числе 18 000 млн Т. castaneum. Общее количество хинонов в данной партии семян было на уровне 900 кг. Американские чернотелки Zophobas rugipes составляют определенное исключение. Их грудные железы секретируют мета-крезол, мета-этилфенол и фенол (карболовую кислоту) в соотношении 200 : 4 : 1, а брюшные - нормальный n-бензохинон, толухинон и этилхинон (1,0 : 1,5 : 1,6) [49]. Защитный секрет чернотелок Coelocnemis, обитающих на западе Северной Америки в хвойных и смешанных дубово-хвойных лесах, выделяется в виде капель, которые растекаются поверх надкрылий и брюшных стернитов и никогда не выбрызгиваются на расстояние; в то же время поведение этих жуков напоминает поведение жуков Eleodes и Blaps - при обороне они принимают вертикальное положение [50]. В защитном секрете грудных желез Zophobas rugipes, а также у некоторых жужелиц, многоножек и тараканов крезолы являются главными компонентами. Это говорит об особенностях метаболизма фенолов у членистоногих, обусловленных, по-видимому, видовыми и групповыми отличиями ферментной системы. Мутагенное действие карболовой кислоты (фенола) изучено на дрозофиле [51]. Результаты опытов на классическом объекте генетиков основывались на учете рецессивных летальных мутаций (леталей) во второй хромосоме мух. Использованный метод введения фенола в репродуктивную ткань создавал возможность глубокого проникновения вещества, так как заключался в обработке удаленных из личинки хирургическим путем яичников, которые затем имплантировали обратно. После завершения метаморфоза некоторые яйцеклетки попадали в яйцевод взрослой формы (мухи), а из отложенных яиц вылуплялись личинки. Анализ распределения 24 леталей у подопытныхличинокпоказал,чтотри из них возникли более чем в одном яичнике, т. е. повторялись, и, следовательно, свидетельствовал о существовании у хромосом специфических областей поражения. Изучение влияния монои полифенолов на хромосомы растений показано в опытах с обработкой корешков лука водными растворами n-бензохинона, гидрохинона и крезолов [52]. В ядрах клеток меристемы растущих корешков зарегистрирована фрагментацияхромосом. Наибольший выход клеток с такими повреждениями наблюдали в 0,0005 М растворах гидрохинона (47%) и 0,00005 М бензохинона (12%). Число фрагментов в одной клетке в отдельных случаях составило более пяти. При обработке корешковлукарастворамигидрохинонаи n-бензохинона в концентрации 0,00001 М фрагментация хромосом не происходила, однако обработка 0,00001 молярным раствором хингидрона, представляющего собой динамический комплекс превращающихся друг в друга названных соединений (подчеркну: через семихинонный радикал с вероятностью образования супероксида в аэробной среде. - М. Л.), привела к фрагментации хромосом в ядрах 9% клеток. Хиноны и гидрохинонпри определенных условиях являются метаболическими генераторами анион-радикалов кислорода, что вызывает цепные реакции одноэлектронного переноса, перекисное окисление липидов и повышение концентрации гидроксильного радикала, который накапливается в биосистеме, чем очень опасен [36]. Смесь бензохинонов жуков рода Tribolium при добавлении в корм вызывала злокачественныйрост слюнных желез у мышей [43], а нанесение кристаллов секрета жуков на личинок и куколок приводит при завершении метаморфоза к удвоению, утроению, ветвлению конечностей и другим уродствам [53]. Справочник «Вредные вещества в промышленности» называет 1,4-бензохинон веществом со слабой канцерогенной активностью [54]; метилированный продукт (2-метил-1,4-бензохинон) в опытах на мышах показал себя канцерогеном вполне определенно [55]. Образование органических перекисей с общей формулой R-O-O-R1, где R, R1 - атом водорода (Н), ацильная или алкильная группа, О - атом кислорода, рассмотрено в [56]. Такие перекиси образуются в клетках при взаимодействии метаболической перекиси водорода (Н-О-О-Н) и активных форм кислорода с липидами и обладают мутагенной активностью. Ионизирующее облучение живых объектов также ведет к образованию этих соединений. Начальным толчком, триггером образования органических перекисей является увеличение концентрации гидроксильного радикала ОН - конечного радикального продукта в цепи реакций, осуществляющих перенос электрона в биосистеме [57]. Гидроксильныйрадикалнакапливается invivo и служит источником потока электронов, разрушающих органические молекулы, в первую очередь липидов клеточной мембраны, чувствительность которой к диффузионному потоку заряженных частиц радикалов выражается в изменении ее потенциала [40, 41, 58] и направлении вектора поляризации. Каждая реакция в клетке, генерирующая супероксид, при наличии фермента супероксиддисмутазы продуцирует перекись водорода, что в соответствии с классической реакцией Хабера и Вайсав присутствии атомов двухвалентного железа ведет к образованию и накоплению гидроксильных радикалов и усилению разрушающего потока электронов наорганическиемолекулы,инымисловами,к изменению баланса оксидантной и антиоксидантной систем организма [59, 60]. Отсутствие или низкий уровень активности каталазы усугубляет патогенетические процессы в тканях. Изучение взаимодействия ДНК с гидрохиноном и 1,4-бензохиноном в водной среде при комнатной температуре с помощью метода электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) показало, что названные вещества вступают в окислительно-восстановительные реакции с пуриновыми и пиримидиновыми основаниями ДНК [36, 61]. Так, при добавлении ДНК к раствору гидрохинона (1 : 1) наблюдается характерный спектр ЭПР, позволяющий однозначно отнести его к семихинонному радикалу. Это квинтетный сигнал с расщеплением α = 0,24 мТл и соотношением интенсивности компонентов (пиков) 1 : 3 : 5 : 3 : 1 (рис. 1, а). При добавлении ДНК к раствору 1,4-бензохинона (1 : 1) наблюдается слаборазрешенный синглетный сигнал ΔН = 0,13 мТл, параметры которого соответствуют спектру ЭПР раствора при взаимодействии гидрохинона с 1,4-бензохиноном при условии избытка последнего. Регистрация синглетного сигнала (рис. 1, б) показывает, что в присутствии ДНК в растворах идет восстановление бензохинона до гидрохинона; донорами электрона при этом являются, скорее всего, пуриновые основания ДНК, тогда как при регистрации семихинона - пиримидиновые [36]. Образование ион-радикалов ДНК представляет собой первый этап ее повреждения. Результаты наших исследований взаимодействия ДНК с растворами гидрохинона и 1,4-бензохинона, полученные с помощью ЭПР-спектроскопии и регистрации при этом радикалов, позволяют объяснить влияние 0,00001 М раствора хингидрона на хромосомы клеток лука в опытах Левана и Тью [52], а также отсутствие влияния при использовании гидрохинона и n-бензохинона в той же концентрации, но по отдельности. Следует при этом отметить, что в хромосомах белки гистоны стабилизируют и защищают материал ДНК от повреждений свободными радикалами. Реакции одноэлектронного переноса, или транспорта электрона активными частицами свободных радикалов семихинона и супероксида, являются причиной возникновения анион-радикальных состояний азотистых оснований ДНК, что предшествует более грубому повреждению ее молекулы, мутациям и фрагментации хромосом. Раствор гидрохинона был выбран нами в качестве одного из главных компонентов (источника свободных радикалов) для введения линейным мышам DBA/2, у которых в условиях нарушения баланса между оксидантной и антиоксидантной системами удалосьвоспроизвестимодельфермент-зависимого нейрополимиозита [62], сопровождающегося в отдельных случаях ишемией миокарда [60]. Вплазме крови у линейных мышей с помощью методов спектроскопии ЭПР и спиновых ловушек были зарегистрированы свободные радикалы семихинона (квинтетный сигнал) и аддукты ОН-радикала (триплет дуплетов); в мышечных тканях и миокарде при микроскопии гистологических препаратов наблюдали повреждения, характерные для патогенеза, сопровождающегося перекисным окислением липидов и транспортом электронов свободными радикалами через клеточные мембраны, которые перфорировались при «прогорании» липидов. Секреция защитных желез у разнообразных рассмотренных жуков - это древнейший саногенетический механизм выживания в условиях враждебного биоценоза и одновременно биотический фактор изменчивости организмов, попадающих в зону влияния токсичных экссудатов с генетической активностью. Наиболее распространенные виды членистоногих являются активными мутагенофорами [63, 64]. Защитные выделения этих животных вступают в тесный контакт с микроорганизмами, пыльцой цветущих растений, их семенами при хранении, цистами и спорами, генеративными и соматическими клетками, присутствующими в биоценозе видов. Мутагенофоры собственными химическими продуктами могут воздействовать на ДНК, хромосомы и наружную мембрану клеток представителей микробиоценоза, при этом в качестве физического механизма влияния на биологические объекты используется перенос заряда электрона свободными радикалами [36, 61]. Значение секретов защитных желез жуков определяется не столько силой их генетического воздействия, сколько временем влияния на изменчивость организмов с помощью радикалов и степенью контакта с генофондом популяций биоценозов в процессе эволюции. Секреты желез членистоногих мутагенофоров - хиноны, фенолы, перекись водорода, альдегиды и активные формы кислорода постоянно воспроизводятся в очагах изменчивости, биотопах обитания видов, отдельные из которых существуют многие миллионы лет, а количество особей, плотность популяций волнообразно колеблются, напоминая многократно повторяющийся квинтетный сигнал ЭПР семихинонного радикала, наблюдаемого при реакции ДНК с раствором гидрохинона или в плазме крови при моделировании полимиозита.

Об авторах

М. В. Листов

Военно-медицинская академия имени С. М. Кирова

Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

Дополнительные файлы