Анализ цитогенетических нарушений у жителей промышленного региона в связи с работой на угольных теплоэлектростанциях

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В воздухе промышленной среды, связанной с переработкой и сжиганием угля, присутствует огромное количество угольной пыли, тяжелых металлов, полициклических ароматических углеводородов, оказывающих негативное воздействие на генетическую стабильность. В связи с этим целью исследования является изучение генотоксических эффектов у работников угольных теплоэлектростанций. В работе проведен цитогенетический анализ геномных повреждений у 455 работников угольных теплоэлектростанций по сравнению с 533 контрольными донорами г. Кемерова при помощи микроядерного теста. Проведена оценка формирования геномных нарушений у работников угольных теплоэлектростанций в связи с полом, возрастом, статусом курения, наличием хронических заболеваний, стажем работы и рабочими цехами. Установлено значительное повышение частоты встречаемости лимфоцитов с микроядрами, нуклеоплазменными мостами, протрузиями, а также клеток на стадии апоптоза у работников угольных теплоэлектростанций по сравнению с группой контроля. Выявлено увеличение частоты встречаемости клеток с цитогенетическими нарушениями у работающих на угольном производстве женщин и работников старшего возраста (50 лет и старше). Стаж работы и профессиональная специализация оказывали статистически значимое влияние на формирование геномных нарушений. Полученные результаты свидетельствуют о значительном вкладе средовых факторов в развитие гено- и цитотоксических эффектов у работников угольных теплоэлектростанций.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Анна Владимировна Марущак

Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: marushchak.av@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9560-7563
SPIN-код: 5777-9024
Россия, Кемерово

Артём Вячеславович Минин

Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук; Кемеровский государственный университет

Email: mininartemminin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5839-5194
SPIN-код: 5917-1343
Россия, Кемерово; Кемерово

Список литературы

  1. Vig N., Ravindra K., Mor S. Environmental impacts of Indian coal thermal power plants and associated human health risk to the nearby residential communities: A potential review // Chemosphere. 2023. Vol. 341. ID 140103. doi: 10.1016/j.chemosphere.2023.140103
  2. Dutta M., Islam N., Rabha S., et al. Acid mine drainage in an Indian high-sulfur coal mining area: Cytotoxicity assay and remediation study // J Hazard Mater. 2020. Vol. 389. ID 121851. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.121851
  3. Chen Y., Wild O., Conibear L., et al. Local characteristics of and exposure to fine particulate matter (PM2.5) in four indian megacities // Atmos Environ X. 2020. Vol. 5. ID 100052. doi: 10.1016/j.aeaoa.2019.100052
  4. Глущенко Н.Н., Богословская О.А. Байтукалов Т.А., и др. Биологические свойства твердых частиц дымовых уносов тепловых электростанций, работающих на углях // Известия РАН. Энергетика. 2008. № 4. С. 129–137. EDN: JJSNEL
  5. Rozhina E., Ishmukhametov I., Nigamatzyanova L., et al. Comparative toxicity of fly ash: An in vitro study // Molecules. 2021. Vol. 26, N 7. ID 1926. doi: 10.3390/molecules26071926
  6. Leonard S.A., Stegemann L.A., Roy A. Characterization of acid tars // J Hazard Mater. 2010. Vol. 175, N 1–3. P. 382–392. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.10.015
  7. Мажайский Ю.А., Захарова О.Л., Евтюхин В.Ф., Тобратов С.А. Техногенное загрязнение окружающей среды в зоне воздействия Рязанской ГРЭС // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2000. № 10. С. 29–31. EDN: YZJZPN
  8. Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Загрязнение территории Челябинска тяжелыми металлами при сжигании угля // Химия твердого топлива. 2013. № 2. С. 62–64. EDN: PXLGGX doi: 10.7868/S0023117713020047
  9. Zhang G.-h., Ren J.-c., Luo M., et al. Association of BER and NER pathway polymorphism haplotypes and micronucleus frequencies with global DNA methylation in benzene-exposed workers of China: Effects of DNA repair genes polymorphisms on genetic damage // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2019. Vol. 839. P. 13–20. doi: 10.1016/j.mrgentox.2019.01.006
  10. Sommer S., Buraczewska I., Kruszewski L.M. Micronucleus assay: The state of art, and future directions // Int J Mol Sci. 2020. Vol. 21, N 4. ID 1534. doi: 10.3390/ijms21041534
  11. Ladeira C., Smajdova L. The use of genotoxicity biomarkers in molecular epidemiology: Applications in environmental, occupational and dietary studies // AIMS Genet. 2017. Vol. 4, N 3. P. 166–191. doi: 10.3934/genet.2017.3.166
  12. Turkez H., Arslan M., Ozdemir O. Genotoxicity testing: Progress and prospects for the next decade // Expert Opin Drug Metab Toxicol. 2017. Vol. 13, N 10. P. 1089–1098. doi: 10.1080/17425255.2017.1375097
  13. Abilev S.K., Igonina E.V., Sviridova D.A., Smirnova S.V. Bacterial lux biosensors in genotoxicological studies // Biosensors. 2023. Vol. 13, N 5. ID 511. doi: 10.3390/bios13050511
  14. de Souza M.R., Silva Kahl V.F., Rohr P., et al. Shorter telomere length and DNA hypermethylation in peripheral blood cells of coal workers // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2018. Vol. 836-B. P. 36–41. doi: 10.1016/j.mrgentox.2018.03.009
  15. Carugno M., Pesatori A.C., Dioni L., et al. Increased mitochondrial DNA copy number in occupations associated with low-dose benzene exposure // Environ Health Perspect. 2012. Vol. 120, N 2. P. 210–215. doi: 10.1289/ehp.1103979
  16. Kirsch-Volders M., Fenech M., Bolognesi C. Validity of the lymphocyte cytokinesis-block micronucleus assay (L-CBMN) as biomarker for human exposure to chemicals with different modes of action: A synthesis of systematic reviews // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2018. Vol. 836-A. P. 47–52. doi: 10.1016/j.mrgentox.2018.05.010
  17. Fenech M. Cytokinesis-block micronucleus cytome assay evolution into a more comprehensive method to measure chromosomal instability // Genes. 2020. Vol. 11, N 10. ID 1203. doi: 10.3390/genes11101203
  18. Fenech M., Chang W.P., Kirsch-Volders M., et al. HUMN project: detailed description of the scoring criteria for the cytokinesis-block micronucleus assay using isolated human lymphocyte cultures // Mutat Res Fundam Mol Mech Mutagen. 2003. Vol. 534, N 1–2. P. 65–75. doi: 10.1016/S1383-5718(02)00249-8
  19. Дружинин В.Г., Минина В.И., Баранова Е.Д., и др. Базовый уровень цитогенетических повреждений в лимфоцитах и буккальных эпителиоцитах больных раком легкого // Генетика. 2019. Т. 55, № 10. С. 1189–1197. EDN: YXRQBH doi: 10.1134/S0016675819100047
  20. Fenech M. Cytokinesis-block micronucleus assay evolves into a «cytome» assay of chromosomal instability, mitotic dysfunction and cell death // Mutat Res. 2006. Vol. 600, N 1–2. P. 58–66. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2006.05.028
  21. Carlos-Reyes A., Muñiz-Lino M.A., Romero-Garcia S., et al. Biological adaptations of tumor cells to radiation therapy // Front Oncol. 2021. Vol. 11. ID 718636. doi: 10.3389/fonc.2021.718636
  22. Mesic A., Nefic H. Assessment of the genotoxicity and cytotoxicity in environmentally exposed human populations to heavy metals using the cytokinesis-block micronucleus cytome assay // Environ Toxicol. 2015. Vol. 30, N 11. P. 1331–1342. doi: 10.1002/tox.22004
  23. Haaf T., Raderschall E., Reddy G., et al. Sequestration of mammalian Rad51-recombination protein into micronuclei // J Cell Biol. 1999. Vol. 144, N 1. P. 11–20. doi: 10.1083/jcb.144.1.11
  24. Siwińska E., Mielzyńska D., Kapka L. Association between urinary 1-hydroxypyrene and genotoxic effects in coke oven workers // Occup Environ Med. 2004. Vol. 61, N 3. ID e10. doi: 10.1136/oem.2002.006643
  25. Donbak L., Rencuzogulları E., Yavuz A., Topaktas M. The genotoxic risk of underground coal miners from Turkey // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2005. Vol. 588, N 2. P. 82–87. doi: 10.1016/j.mrgentox.2005.08.014
  26. Celik M., Donbak L., Unal F., et al. Cytogenetic damage in workers from a coal-fired power plant // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2007. Vol. 62, N 2. P. 158–163. doi: 10.1016/j.mrgentox.2006.11.003
  27. Ulker O.C., Ustundag A., Duydu Y., et al. Cytogenetic monitoring of coal workers and patients with coal workers’ pneumoconiosis in Turkey // Environ Mol Mutagen. 2008. Vol. 49, N 3. P. 232–237. doi: 10.1002/em.20377
  28. Cheng J., Leng S., Li H., et al. Suboptimal DNA repair capacity predisposes coke-oven workers to accumulate more chromosomal damages in peripheral lymphocytes // Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2009. Vol. 18, N 3. P. 987–993. doi: 10.1158/1055-9965.EPI-08-0763
  29. León-Mejía G., Espitia-Pérez L., Hoyos-Giraldo L.S., et al. Assessment of DNA damage in coal open-cast mining workers using the cytokinesis-blocked micronucleus test and the comet assay // Sci Total Environ. 2011. Vol. 409, N 4. P. 686–691. doi: 10.1016/j.scitotenv.2010.10.049
  30. Ada A.O., Demiroglu C., Yilmazer M., et al. Cytogenetic damage in Turkish coke oven workers exposed to polycyclic aromatic hydrocarbons: Association with CYP1A1, CYP1B1, EPHX1, GSTM1, GSTT1, and GSTP1 gene polymorphisms // Arh Hig Rada Toksikol. 2013. Vol. 64, N 3. P. 359–369. doi: 10.2478/10004-1254-64-2013-2328
  31. Rohr P., Kvitko K., da Silva F.R., et al. Genetic and oxidative damage of peripheral blood lymphocytes in workers with occupational exposure to coal // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2013. Vol. 758, N 1–2. P. 23–28. doi: 10.1016/j.mrgentox.2013.08.006
  32. Espitia-Pérez L., Sosa M.Q., Salcedo-Arteaga S., et al. Polymorphisms in metabolism and repair genes affects DNA damage caused by open-cast coal mining exposure // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2016. Vol. 808. P. 38–51. doi: 10.1016/j.mrgentox.2016.08.003
  33. Sinitsky M.Y., Minina V.I., Gafarov N.I., et al. Assessment of DNA damage in underground coal miners using the cytokinesis-block micronucleus assay in peripheral blood lymphocytes // Mutagenesis. 2016. Vol. 31, N 6. P. 669–675. doi: 10.1093/mutage/gew038
  34. de Souza M.R., da Silva J., Dihl R.R. Chapter 34: Use of micronucleus assays to measure DNA damage caused by coal dust and ash. В кн.: The micronucleus assay in toxicology / S. Knasmüller, M. Fenech, editors. The Royal Society of Chemistry, 2019. P. 561–582. doi: 10.1039/9781788013604-00561
  35. Leng S., Dai Y., Niu Y., et al. Effects of genetic polymorphisms of metabolic enzymes on cytokinesis-block micronucleus in peripheral blood lymphocyte among coke-oven workers // Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2004. Vol. 13, N 10. P. 1631–1639. doi: 10.1158/1055-9965.1631.13.10
  36. Pavanello S., Dioni L., Hoxha M., et al. Mitochondrial DNA copy number and exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons // Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2013. Vol. 22, N 10. P. 1722–1729. doi: 10.1158/1055-9965.EPI-13-0118
  37. Espitia-Pérez L., da Silva J., Espitia-Pérez P., et al. Cytogenetic instability in populations with residential proximity to open-pit coal mine in Northern Colombia in relation to PM10 and PM2.5 levels // Ecotoxicol Environ Saf. 2018. Vol. 148. P. 453–466. doi: 10.1016/j.ecoenv.2017.10.044
  38. Vimercati L., Bisceglia L., Cavone D., et al. Environmental monitoring of PAHs exposure, biomarkers and vital status in coke oven workers // Int J Environ Res Public Health. 2020. Vol. 17, N 7. ID 2199. doi: 10.3390/ijerph17072199
  39. Xi J., Cao Y., Wang Y., et al. PIG-A gene mutation as a mutagenicity biomarker among coke oven workers // Food Chem Toxicol. 2023. Vol. 178. ID 113872. doi: 10.1016/j.fct.2023.113872
  40. Федосеев В.И., Степанов Д.Д., Минина В.И. Изучение генотоксических эффектов действия производственной среды на рабочих угольной теплоэлектростанции с помощью микроядерного теста на лимфоцитах крови // Экологическая генетика. 2021. Т. 19, № 1. С. 77–88. EDN: PFQQYO doi: 10.17816/ecogen42363
  41. Da Silva Pinto E.A., Garcia E.M., de Almeida K.A., et al. Genotoxicity in adult residents in mineral coal region — a cross-sectional study // Environ Sci Pollut Res Int. 2017. Vol. 24, N 20. P. 16806–16814. doi: 10.1007/s11356-017-9312-y
  42. Fenech M. The cytokinesis-block micronucleus technique: A detailed description of the method and its application to genotoxicity studies in human populations // Mutat Res. 1993. Vol. 285, N 1. P. 35–44. doi: 10.1016/0027-5107(93)90049-l
  43. Battershill J.M., Burnett K., Bull S. Factors affecting the incidence of genotoxicity biomarkers in peripheral blood lymphocytes: Impact on design of biomonitoring studies // Mutagen. 2008. Vol. 23, N 6. P. 423–437. doi: 10.1093/mutage/gen040
  44. Kopjar N., Kasuba V., Rozgaj R., Milic M. Micronucleus assay in Croatian general population // Arh Hig Rada Toksikol. 2010. Vol. 61. P. 219–234. doi: 10.2478/10004-1254-61-2010-2027
  45. Di Giorgio C., De Méo M.P., Laget M., et al. The micronucleus assay in human lymphocytes: screening for inter-individual variability and application to biomonitoring // Carcinogenesis. 1994. Vol. 15, N 2. P. 313–317. doi: 10.1093/carcin/15.2.313
  46. Duan H., Leng S., Pan Z., et al. Biomarkers measured by cytokinesis-block micronucleus cytome assay for evaluating genetic damages induced by polycyclic aromatic hydrocarbons // Mutat Res. 2009. Vol. 677, N 1–2. P. 93–99. doi: 10.1016/j.mrgentox.2009.06.002
  47. Bonassi S., Neri M., Lando C., et al. Effect of smoking habit on the frequency of micronuclei in human lymphocytes: results from the Human MicroNucleus project // Mutat Res. 2003. Vol. 543, N 2. P. 155–166. doi: 10.1016/s1383-5742(03)00013-9
  48. Huang X., Mu M., Wang B., et al. Associations of coal mine dust exposure with arterial stiffness and atherosclerotic cardiovascular disease risk in Chinese coal miners // Int Arch Occup Environ Health. 2024. Vol. 97, N 4. P. 473–484. doi: 10.1007/s00420-024-02062-2
  49. Manna A., Bisoi S., Mandal N.C., Mandal A. An epidemiological study of the risk factors of occupational diseases in coal handling plant of a thermal power station // Indian J Public Health. 2003. Vol. 47, N 2. P. 75–77.
  50. Wang D., Liang R., Yang M., et al. Incidence and disease burden of coal workers’ pneumoconiosis worldwide, 1990–2019: evidence from the Global Burden of Disease Study 2019 // Eur Respir J. 2021. Vol. 58, N 5. ID 2101669. doi: 10.1183/13993003.01669-2021
  51. Vanka K.S., Shukla S., Gomez H.M., et al. Understanding the pathogenesis of occupational coal and silica dust-associated lung disease // Eur Respir Rev. 2022. Vol. 31, N 165. ID 210250. doi: 10.1183/16000617.0250-2021
  52. Alif S.M., Sim M.R., Ho C., Glass D.C. Cancer and mortality in coal mine workers: a systematic review and meta-analysis // Occup Environ Med. 2022. Vol. 79, N 5. P. 347–357. doi: 10.1136/oemed-2021-107498
  53. Idrees F., Batool A.I., Rehman M.F.U., et al. Assessment of genetic damage in coal miners of Punjab, Pakistan // Biol Trace Elem Res. 2023. Vol. 201, N 7. P. 3144–3151. doi: 10.1007/s12011-022-03412-2
  54. Крылов Д.А. Негативное влияние элементов-примесей от угольных ТЭС на окружающую среду и здоровье людей // ГИАБ. 2017. № 12. С. 77–87. EDN: YKWBJQ doi: 10.25018/0236-1493-2017-12-0-77-87
  55. Kaur R., Goyal D. Mineralogical studies of coal fly ash for soil application in agriculture // Particul Sci Technol. 2015. Vol. 33, N 1. P. 76–80. doi: 10.1080/02726351.2014.938378
  56. Chatterjee N., Walker G.C. Mechanisms of DNA damage, repair, and mutagenesis // Environ Mol Mutagen. 2017. Vol. 58, N 5. P. 235–263. doi: 10.1002/em.22087
  57. Huang R., Zhou P.-K. DNA damage repair: historical perspectives, mechanistic pathways and clinical translation for targeted cancer therapy // Signal Transduct Target Ther. 2021. Vol. 6, N 1. ID 254. doi: 10.1038/s41392-021-00648-7
  58. Kvitko K., Bandinelli E., Henriques J.A., et al. Susceptibility to DNA damage in workers occupationally exposed to pesticides, to tannery chemicals and to coal dust during mining // Genet Mol Biol. 2012. Vol. 35, N 4S1. P. 1060–1068. doi: 10.1590/s1415-47572012000600022
  59. Ramírez-Lopera V., Uribe-Castro D., Bautista-Amorocho H., et al. The effects of genetic polymorphisms on benzene-exposed workers: A systematic review // Health Sci Rep. 2021. Vol. 4, N 3. ID e327. doi: 10.1002/hsr2.327

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Параметры микроядерного теста в исследуемых группах, ‰. *p = 0,000001, согласно U-теста Манна–Уитни

Скачать (125KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение частоты встречаемости двухъядерных лимфоцитов с микроядрами у работников угольных теплоэлектростанций в зависимости от стажа работы

Скачать (170KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение частоты встречаемости двухъядерных лимфоцитов с нуклеоплазменными мостами у работников угольных теплоэлектростанций в зависимости от стажа работы

Скачать (169KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение частот встречаемости двухъядерных лимфоцитов с протрузиями у работников угольных теплоэлектростанций в зависимости от стажа работы

Скачать (159KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение частот встречаемости двухъядерных лимфоцитов на стадии митоза у работников угольных теплоэлектростанций в зависимости от стажа работы

Скачать (163KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Показатели микроядерного теста у работников угольных теплоэлектростанций в зависимости от профессиональной специализации: 1 — химический цех; 2 — цех тепловой автоматики и измерений; 3 — административно-управленческий персонал; 4 — топливно-транспортный цех; 5 — ремонтно-строительный цех; 6 — электрический цех. *p < 0,009, согласно критерию Краскела–Уоллиса

Скачать (216KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 89324 от 21.04.2025.