ВПЛИВ ІОНІЗУЮЧОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ І ВАЖКИХ МЕТАЛІВ НА ОРГАНІЗМИ З ЕФЕКТОМ МОДЕЛЮЮЧОЇ ДІЇ ТА РАДІАЦІЙНОГО ГОРМЕЗИСУ

Островська С. С., Крижановський Д. Г., Трушенко О. С., Шевченко І. Ф., Герасимчук П. Г. Коновалова О. С.

ОГЛЯДИ ЛІТЕРАТУРИ

Наукова стаття

В огляді літератури показана адаптивна реакція живих організмів на дію опромінення у сполученні з впливом важких металів. Біологічна відповідь слабкої початкової дії негативних факторів середовища індукує захисні механізми від подальшого згубного сильнішого впливу. Прикладом може бути сполучений вплив низьких доз гамма випромінювання (ГВ) та важких металів (ВМ), у тому числі свинцю (Pb) та кадмію (Cd), багато аспектів якого залишаються не ясними. Підтверджується наявність здатності ГВ підвищувати стійкість рослин до різних абіотичних стресів, включаючи холод, посуху, вологість, спеку, засолення грунтів (NaCI) та вплив ВМ (ефект радіаційного гормезису). Механізм стресу від ВМ, що пом’якшується ГВ, продемонстрований на проростках насіння Arabidopsis thaliana після опромінення 60Co в дозах від 25 до 150 Гр і подальшого впливу 75 мкМ CdCl2 або 500 мкМ Pb (NO3)2 і на проростках насіння горного ячменю, опроміненого в дозах від 50 до 300 Гр, та впливу таких же доз металів. В обох випадках ГВ в дозі 50 Гр надавало максимально сприятливий вплив на індекс проростання та довжину коренів. ГВ полегшувало дію окиснювального стресу, викликаного ВМ, шляхом модулювання фізіологічних реакцій та рівнів експресії генів, пов’язаних із стійкістю до ВМ у рослин, що підвищувало базову антиоксидантну здатність долати окисний стрес, викликаний подальшим впливом Pb/Cd, та посилювало толерантність до ВМ. У дослідженнях на грибках Aspergillus terreus, Aspergillus niger van Tieghem, Penicillium cyclopium Westling також підкреслювався потенціал ГВ у підвищенні стійкості до ВМ. ГВ знижувало кількість сигналів апоптозу в клітинах ембріонів рибок даніо, підданих впливу Cd. Продемонстровано антагоністичний множинний стресорний ефект між ГВ та Cd за рахунок індукції ГВ адаптивної реакції проти подальшої дії Cd. Як альтернативна стратегія, ГВ може забезпечити потенційно здійсненний спосіб поліпшення врожайності в ґрунтах, забруднених ВМ. Розглядаються переваги, можливі механізми, поточний стан та майбутні напрями фіторемедіації ґрунтів, забруднених ВМ та новий етап біоремедіації як комплексу методів очищення від ВМ різних сфер довкілля з використанням метаболічного потенціалу біологічних об’єктів: рослин, грибів, комах, черв’яків та інших організмів.

важкі метали; гамма-випромінювання,сполучена дія,моделюючий ефект,радіаційний гормезис

1. SalovskyP, Shopova V, Dancheva R, Marev, Pandurska A. Enhancement of the pneumotoxic effect of cadmium acetate by ionizing radiation in the rat. Environ Health Perspect. 1993;101(2):269-274.
2. Hornhardt S, Gomolka M, Walsh L, Jung T. Comparative investigations of sodium arsenite arsenic trioxide and cadmium sulphate in combination with gamma-radiation on apoptosis, micronuclei induction and DNA damage in a human lymphoblastoid cell line. Mutation Research. 2006;600:165-176.
3. Wing-Kee L, Thévenod F. Cell organelles as targets of mammalian cadmium toxicity. Archives of Toxicology. 2020;94(4):1017-1049.
4. Kanakoglou DS, Michalettou TD, Vasileiou C, Gioukakis E, Maneta D, Kyriakidis KV, et.al. Effects of High-Dose Ionizing Radiation in Human Gene Expression: A Meta-Analysis. International Journal of Molecular Sciences. 2020;21(6):1938-1945.
5. Dalcorso G, Manara A, Furini A. An overview of heavy metal challenge in plants: from roots to shoots. Metallomics. 2013;5:1117-1132.
6. Genchi G, Sinicropi MS, Lauria G, Carocci A, Catalano A. The Effects of Cadmium Toxicity. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020;17(11):378-389.
7. Sabreena, Hassan S, Bhat SA, Kumar V, Ganai BA, Ameen F. Phytoremediation of Heavy Metals: An Indispensable Contrivance in Green Remediation Technology. Plants. 2022;11:1255-1283.
8. Satarug S, Gobe GC, Vesey DA. Multiple Targets of Toxicity in Environmental Exposure to Low-Dose Cadmium. Toxics. 2022;10(8):472- 482.
9. Fu Z, Xi S. The effects of heavy metals on human metabolism. Toxicology Mechanisms and Methods. 2020;30(3):167-176.
10. Renu K, Chakraborty R, Myakala H, Koti R, Famurewa AC, Madhyastha H, et al. Molecular mechanism of heavy metals (Lead, Chromium, Arsenic, Mercury, Nickel and Cadmium – induced hepatotoxicity. A review. Chemosphere. 2021;271:129735.
11. Wu X, Cobbina SJ, Mao G, Xu H, Zhang Z, Yang L. A review of toxicity and mechanisms of individual and mixtures of heavy metals in the environment. Environmental Science Research International. 2016;23(9):8244-8259.
12. Liu Q, Li X, He L. Health risk assessment of heavy metals in soils and food crops from a coexist area of heavily industrialized and intensively cropping in the Chengdu Plain, Sichuan, China. Frontiers in Chemistry. 2022;10:988587.
13. Gu T, Cao G, Luo M, Zhang N, Xue T, Hou R, et al. A systematic review and meta-analysis of the hyperuricemia risk from certain metals. Clinical Rheumatology. 2022 Dec;41(12):3641-3660.
14. Darwish WS, Chen Z, Li Y, Wu Y, Chiba H, Hui SP, et al. Identification of cadmium-produced lipid hydroperoxides, transcriptomic changes in antioxidant enzymes, xenobiotic transporters, and pro-inflammatory markers in human breast cancer cells (MCF7) and protection with fat-soluble vitamins. Environmental Science and Pollution Research. 2020;27:1978-1990.
15. Hong-Bo S, Li-Ye C, Cheng-Jiang R, Li Hua G, Dong-G, Wei-Xiang L. Understanding molecular mechanisms for improving phytoremediation of heavy metal-contaminated soils. Critical Reviews in Biotechnology. 2010;30:23-30.
16. Wi SG, Chung BY, Kim J, Baek M-H, Lee JW, Kim YS. Effects of gamma irradiation on morphological changes and biological responses in plants. Micron. 2007;38(6):553-564.
17. Moussa HR. Role of gamma irradiation in regulation of NO3 level in rocket (Eruca vesicaria subsp. sativa) plants. Russian Journal of Plant Physiology. 2006;53:193-197.
18. Jamil M, Khan UQ. Study of genetic variation in yield components of wheat cultivar bukhtwar-92 as induced by gamma radiation. Asian Journal of Plant Sciences. 2002;1:579-580.
19. Melki M, Dahmani T. Gamma Irradiation Effects on Durum Wheat (Triticum durum Desf.) under Various Conditions. Pakistan Journal of Biological Sciences. 2009;12:1531-1534.
20. Macovei A, Garg B, Raikwar S, Balestrazzi A, Carbonera D, Buttafava A, et al. Synergistic exposure of rice seeds to different doses of γ-ray and salinity stress resulted in increased antioxidant enzyme activities and genespecific modulation of TC-NER pathway. Bio Med Research International. 2014;676934:15.
21. Calabrese EJ. Hormesis: changing view of the dose-response, a personal account of the history and current status. Mutation Research. 2002;511(3):181-189.
22. Hameed A, Shah TM, Atta MB, Haq MA, Sayed H. Gamma irradiation effects on seed germination and growth, protein content, peroxidase and protease activity, lipid peroxidation in desi and kabuli chickpea. Pakistan Journal of Botany. 2008;40:1033-104.
23. Qi W, Zhang L, Xu H, Wang L, Jiao Z. Physiological and molecular characterization of the enhanced salt tolerance induced by low-dose gamma irradiation in Arabidopsis seedlings. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2014;450:1010-1015.
24. Qi W, Liang Z, Wang L, Xu H, Jin Q, Jiao Z. Pretreatment with low-dose gamma irradiation enhances tolerance to the stress of cadmium and lead in Arabidopsis thaliana seedlings. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2015;115:243-249.
25. Wang Х, Ma R, Cui D, Cao Qing, Shan Z, Jiao Z. Physio-biochemical and molecular mechanism underlying the enhanced heavy metal tolerance in highland barley seedlings pre-treated with low-dose gamma irradiation. Scientific Reports. 2017;7(1):14233.
26. Moussa H.R. Low dose of gamma irradiation enhanced drought tolerance in soybean. Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2011;17(1):63-72.
27. Das D, Chakraborty A, Santra SC. Effect of Gamma Radiation on Zinc Tolerance Efficiency of Aspergillus terreus. Current Microbiology. 2016;72(3):248-258.
28. Das D, Chakraborty A, Santra SC. Assessment of lead tolerance in gamma exposed. Aspergillus niger van Tieghem & Penicillium cyclopium Westling. International Journal of Radiation Biology. 2019;95(6):771-780.
29. Yu KN, Tung MT, Choi VW, Cheng SH. Alpha radiation exposure decreases apoptotic cells in zebrafish embryos subsequently exposed to the chemical stressor, Cd. Environmental Science and Pollution Research. 2012;19(9):3831-3839.
30. Ng CY, Pereira S, Cheng SH, Adam-Guillermin C, Garnier-Laplace J, Yu KN. Combined effects of depleted uranium and ionising radiation on zebrafish embryos. Radiation Protection Dosimetry. 2015;167(1-3):311-315.
31. Choi VW, Ng CY, Kong MK, Cheng SH, Yu KN. Adaptive response toionising radiation induced by cadmium in zebrafish embryos. Environmental Science and Pollution Research. 2013;33(1):101-112.
32. Lavrenchuk HY, Hapyeyenko DD, Chobotʹko HM, Oksamytnyy VM. Kombinovanyy vplyv soley vazhkykh metaliv ta ionizuyuchoho vyprominennya na klityny in vitro. Radioekolohiya ta radiatsiyna bezpeka. 2012;187:55-61. [in Ukrainian].

«Вістник проблем біології і медицини» Випуск 4 (167), 2022 рік , 84-91 сторінки, код УДК 614.876:54-78:577(048.8)

10.29254/2077-4214-2022-4-167-84-91