1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Генетика
  4. T. 59, № 5, 2023

Генетика, 2023, T. 59, № 5, стр. 507-516

Изучение генотоксичности бета-пропиолактона с помощью lux-биосенсоров E. coli и нематоды Caenorhabditis elegans

Э. А. Мачигов 1, С. К. Абилев 1, 2, *, Е. В. Игонина 1, М. В. Марсова 2

1 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук
119991 Москва, Россия

2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
119234 Москва, Россия

* E-mail: abilev@vigg.ru

Поступила в редакцию 12.10.2022
После доработки 01.11.2022
Принята к публикации 02.11.2022

Аннотация

Впервые применены lux-биосенсоры E. coli и нематоды Caenorhabditis elegans для исследования генотоксичности бета-пропиолактона (БПЛ), используемого в производстве инактивированных вирусных вакцин в качестве инактиватора. Показано, что ДНК-повреждающая активность БПЛ обусловлена не только его способностью связываться с ДНК бактерий, но и способностью генерировать в клетке такие активные формы кислорода как супероксид-анион и перекись водорода, обладающие генотоксической активностью. Обнаружено, что БПЛ доза-зависимым образом, начиная с концентрации 0.001 моль/л, снижает выживаемость бактерий. Однако при этом усиливалась интенсивность экспрессии гена антиоксидантной защиты супероксиддисмутазы soxS и гена репарации ДНК colD. БПЛ индуцировал в клетках нематоды разрывы ДНК, выявляемые методом электрофореза. Антиоксидант ацетилцистеин снижал генотоксические эффекты БПЛ как у бактерий, так и у нематод.

Ключевые слова: бета-пропиолактон, lux-биосенсоры, E. coli, нематода Caenorhabditis elegans, генотоксичность, супероксид-анион, разрывы ДНК, антиоксидант, ацетил цистеин.

Список литературы

  1. Sanders B., Koldijk M., Schuitemaker H. Inactivated viral vaccines // Vaccine Analysis: Strategies, Principles, and Control. Berlin, Heidelberg: Springer, 2015. P. 45–80.

  2. Lawrence S.A. Beta-Propiolactone: Viral inactivation in vaccines and plasma products. // PDA J. Pharm Sci. and Technol. 2000. V. 54. P. 209–214.

  3. Курашова С.С., Ишмухаметов А.А., Егорова М.С. и др. Сравнительная характеристика инактивирующих агентов для создания вакцины против геморрагической лихорадки с почечным синдромом // Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2018. Т. 17. № 4. С. 26–29. https://doi.org/10.31631/2073-3046-2018-17-4-26-29

  4. Colburn N.H., Richardson R.G., Boutwell R.K. Studies of the reaction of β-propiolactone with deoxyguanosine and related compounds // Biochem. Pharmacol. 1965. V. 14. P. 1113–1118.

  5. β-Propiolactone // IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Lion: 1999. V. 71. P. 1103–1118.

  6. Perrin P., Morgeaux S. Inactivation of DNA by β-propiolactone // Biologicals. 1995. V. 23. P. 207–211.

  7. Taubman M.A., Atassi M.Z. Reaction of beta-propiolactone with aminoacids and its specificity for methionine // Biochem J. 1968. V. 106. P. 829–834. https://doi.org/10.1042/bj1060829

  8. Lawley P.D., Brookes P. Further studies on the alkylation nucleic acids and their constituent nucleotides // Biochem. J. 1963. V. 89. P. 127–138. https://doi.org/10.1042/bj0890127

  9. Penman B.W., Hoppe H., Thilly W.G. Concentration-dependent mutation by alkylating agents in human lymphoblasts and Salmonella typhimurium: N-methyl-N-nitrosourethane and beta-propiolactone // J. Natl Cancer. Inst. 1979. V. 63. P. 903–907.

  10. Kortselius M.J. Induction of sex-linked recessive lethals and autosomal translocations by beta-propiolactone in Drosophila: Influence of the route of administration on mutagenic activity // Mut. Res. 1979. V. 66. P. 55–63. https://doi.org/10.1016/0165-1218(79)90007-7

  11. Shamberger R.J., Corlett C.L., Beaman D., Kasten B.L. Antioxidants reduce the mutagenic effect of malonaldehyde and beta-propiolactone. Part IX. Antioxidants and cancer // Mut. Res. 1979. V. 66. P. 349–355. https://doi.org/10.1016/0165-1218(79)90045-4

  12. Benning V., Brault D., Duvinage C. et al. Validation of the in vivo CD1 mouse splenocyte micronucleus test // Mutagenesis. 1994. V. 9. P. 199–204. https://doi.org/10.1093/mutage/9.3.199

  13. Klein C.B., Rossman T.G. Transgenic Chinese hamster V79 cell lines which exhibit variable levels of gpt mutagenesis // Envir. Mol. Mutagen. 1990. V. 16. P. 1–12. https://doi.org/10.1002/em.2850160102

  14. Brusick D. The genetic properties of β-propiolactone // Mut. Res. 1976. V. 39. P. 241–255.

  15. Santaló J., Estop A.M., Egozcue J. Genotoxic effect of beta-propiolactone on mammalian oocytes // Mut. Res. 1987. V. 189. P. 407–416. https://doi.org/10.1016/0165-1218(87)90050-4

  16. Brault D., Renault D., Tombolan F., Thybaud V. Kinetics of induction of DNA damage and lacZ gene mutations in stomach mucosa of mice treated with beta-propiolactone and N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine, using single-cell gel electrophoresis and MutaMouse models // Envir. Mol. Mut. 1999. V. 34. P. 182–189.

  17. Snyder C.A., Garte S.J., Sellakumar A.R., Albert R.E. Relationships between the levels of binding to DNA and the carcinogenic potencies in rat nasal mucosa for three alkylating agents // Cancer Lett. 1986. V. 33. P. 175–181. https://doi.org/10.1016/0304-3835(86)90022-4

  18. Котова В.Ю., Манухов И.В., Завильгельский Г.Б. Lux-биосенсоры для детекции SOS-ответа, теплового шока и окислительного стресса // Биотехнология. 2009. № 6. С. 16–25. https://doi.org/10.1134/S0003683810080089

  19. Завильгельский Г.Б., Котова В.Ю., Манухов И.В. Сенсорные биолюминесцентные системы на основе lux-оперонов для детекции токсичных веществ // Хим. физика. 2012. Т. 31. № 10. С. 15–20.

  20. Meneely P.M., Dahlberg C.L., Rose J.K. Working with worms: Caenorhabditis elegans as a model organism // Curr. Protocols Essential Lab. Techniques. 2019. V. 19. P. e35. https://doi.org/10.1002/cpet.35

  21. Imanikia S., Galea F., Nagy E. et al. The application of the comet assay to assess the genotoxicity of environmental pollutants in the nematode Caenorhabditis elegans // Envir. Toxicol. Pharmacol. 2016. V. 7(45). P. 356–361. Epub 2016 Jun 20.https://doi.org/10.1016/j.etap.2016.06.020

  22. Завильгельский Г.Б. SOS-репарации 60 лет // Мол. биология. 2013. Т. 47. № 5. С. 699–706. https://doi.org/10.7868/S0026898413050224

  23. Maslowska K.H., Makiela Dzbenska K., Fijalkowska I.J. The SOS system: A complex and tightly regulated response to DNA damage // Envir. Mol. Mutagenesis. 2019. V. 60. № 4. P. 368–384. https://doi.org/10.1002/em.22267

  24. Baharoglu Z., Mazel D. SOS, the formidable strategy of bacteria against aggressions // FEMS Microbiol. Rev. 2014. V. 38. № 6. P. 1126–1145. https://doi.org/10.1002/em.22267

  25. Sedgwick B., Batesb P.A., Paik J. et al. Repair of alkylated DNA: Recent advances // DNA Repair. 2007. V. 6. № 4. P. 429–442.

  26. Mielecki D., Grzesiuk E. Ada response – a strategy for repair of alkylated DNA in bacteria, FEMS // Microbiol. Lett. 2014. V. 355. № 1. P. 1–11. https://doi.org/10.1111/1574-6968

  27. Mielecki D., Wrzesiński M., Grzesiuk E. Inducible repair of alkylated DNA in microorganisms // Mut. Res. 2015. V. 763. P. 294–305. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2014.12.001

  28. Орджоникидзе К.Г., Игонина Е.В., Жошибекова Б.С., Абилев С.К. Сравнительное изучение ДНК-повреждающей активности эпихлоргидрина с помощью биосенсоров Escherichia coli и методом ДНК-комет на мышах // Генетика. 2021. Т. 57. № 9. С. 1031–1038. https://doi.org/10.31857/S0016675821090083

  29. Мачигов Э.А., Игонина Е.В., Свиридова Д.А. и др. Изучение токсичности и генотоксичности параквата для бактерий помощью lux-биосенсоров Escherichia coli // Рад. биология. Радиоэкология. 2022. Т. 62. № 3. С. 240–249. https://doi.org/10.31857/S0869803122030055

  30. Свиридова Э.А., Мачигов Е.В., Игонина и др. Изучение механизма генотоксичности диоксидина с помощью lux-биосенсоров Esсherichia coli // Рад. биология. Радиоэкология. 2020. Т. 60. № 6. С. 595–603. https://doi.org/10.31857/S0869803120060223

  31. Hartman J.H., Widmayer S.J., Christina M. et al. Xenobiotic metabolism and transport in Caenorhabditis elegans // J. Toxicol. Envir. Health. 2021. Part B. V. 24(2). P. 51–94. https://doi.org/10.1080/10937404.2021.1884921

  32. Harlow P.H., Perry S.J., Alexander J. et al. Comparative metabolism of xenobiotic chemicals by cytochrome P450s in the nematode Caenorhabditis elegans // Nat. Sci. Reports. 2018. V. 8. P. 13333. https://doi.org/10.1038/ s41598-018-31215-w

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Генетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал