Молекулярно-генетические исследования в Баксанской нейтринной обсерватории позволяют по-новому взглянуть на воздействие ультранизких доз радиации

Впервые в России в условиях уникальной подземной низкофоновой лаборатории Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН проведены биологические исследования по оценке влияния пониженного радиационного фона на сложные модельные организмы. В качестве модели был использован классический объект генетических исследований – плодовая мушка Drosophila melanogaster. Проведенный эксперимент показал отсутствие влияния пониженного радиационного фона на этот модельный организм.

Здание Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН у подножия горы Андырчи в поселке Нейтрино. Фото Михаила Зарубина

В начале августа 2021 года в журнале PLoS ONE вышла совместная статья ученых международной научной организации Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна) и Баксанской нейтринной обсерватории (БНО) Института ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН, Москва), посвященная первым в России биологическим исследованиям в условиях уникальной подземной низкофоновой лаборатории DULB-4900 БНО ИЯИ РАН. Задачей ученых было выяснить, как снижение радиационного фона влияет на сложные модельные организмы. Интерес к этой задаче связан с тем, что в научной литературе можно найти утверждения как о положительном, так и об отрицательном влиянии пониженного радиационного фона. До сих пор эти выводы основывались на анализе отдельных признаков или генов, что приводило к противоречивым результатам.

Чтобы получить объективную картину, ученые ОИЯИ и БНО ИЯИ РАН оценили методом РНК-секвенирования, как изменилась активность всех 15682 генов плодовых мушек D. melanogaster, которые прошли полный цикл развития от эмбриона до взрослого организма в подземной лаборатории в условиях низкого радиационного фона. Иной газовый состав атмосферы, наличие в воздухе микрочастиц, недостаток освещения и другие подобные явления — организм реагирует на них изменением активности генов, которое можно надежно обнаружить современными молекулярно-генетическими методами. Для контроля вторая партия плодовых мушек прожила свой полный жизненный цикл в условиях естественного уровня радиации при тех же условиях освещения, температуры и давления, как и в подземной лаборатории. Ученые также фиксировали изменение активности их генов.

Сотрудники Сектора молекулярной генетики клетки ЛЯП ОИЯИ в неиспользуемой части тоннеля Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН. Фото Михаила Зарубина

«Результаты экспериментов с плодовыми мушками дают материал для построения гипотез, касющихся человека, — говорит Елена Владимировна Кравченко, к. б. н., начальник Сектора молекулярной генетики клетки Лаборатории ядерных проблем имени В. П. Джелепова ОИЯИ. — Генотипы человека и плодовой мушки имеют на 60 % общее происхождение (гомологичны). 75% генов, ответственных за развитие заболеваний у человека, сходны с генами дрозофил».

Начальник Сектора молекулярной генетики Лаборатории ядерных проблем имени В. П. Джелепова ОИЯИ Елена Владимировна Кравченко анализирует культуру клеток. Фото Игоря Лапенко

«Баксанская нейтринная обсерватория — уникальное сооружение, скрытое под горой Андырчи на глубине почти четырех километров, — рассказывает молодой ученый Михаил Зарубин (ЛЯП ОИЯИ) из группы Е. В. Кравченко. — Чтобы попасть в низкофоновую лабораторию, мы каждое утро на вагонетке по тоннелю проделывали путь больше трех километров в кромешной тьме. На месте нас встречали не воинственные гномы или тролли, а приветливые научные сотрудники Института ядерных исследований. Незабываемое впечатление!».

Сотрудник Сектора молекулярной генетики клетки Лаборатории ядерных проблем имени В. П. Джелепова ОИЯИ Михаил Зарубин выполняет этап пробоподготовки для транскриптомного анализа. Фото Игоря Лапенко

Результатом эксперимента стало обнаружение изменения активности лишь в 76 из 15682 генов. Детальный анализ этих 76 генов показал, что изменение их активности не связано с радиацией, а скорее всего, вызвано отсутствием в подземной лаборатории естественных внешних стимулов: природных запахов, звуков и вибраций. Это наблюдение важно в связи с недостатком данных о таком виде стресса. Результатом эксперимента, проведенного в подземной лаборатории, стал вывод о том, что снижение радиационного фона не оказывает существенного влияния на организм: ни положительного, ни отрицательного.

«Полученные результаты говорят о том, что в области ультранизких доз существует порог воздействия, ниже которого радиация не оказывает значимого влияния на работу организма. Это важно и при оценке радиационных рисков для здоровья, и при моделировании воздействия различных доз ионизирующего излучения на живые организмы», — говорит Е. В. Кравченко.

«Использование научной инфраструктуры, созданной для фундаментальных исследований в области физики нейтрино и астрофизики, открывает принципиально новые возможности для междисциплинарных исследований, — подчеркивает Альберт Мусаевич Гангапшев, к. ф.-м. н., заместитель заведующего по научной работе БНО ИЯИ РАН. — Эксперимент, проведенный совместно сотрудниками ОИЯИ и ИЯИ РАН, позволил разрешить проблему, обсуждавшуюся биологами в течение десятка лет. Я считаю, это замечательный результат!».

Сотрудник Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН Юрий Михайлович Гаврилюк производит измерения радиационного фона в подземной низкофоновой лаборатории DULB-4900. Фото Михаила Зарубина

Коллектив авторов: Юрий Гаврилюк (БНО ИЯИ РАН),
Альберт Гангапшев (БНО ИЯИ РАН), Михаил Зарубин (ЛЯП ОИЯИ),
Владимир Казалов (БНО ИЯИ РАН), Елена Кравченко (ЛЯП ОИЯИ)