Tathmini ya sumu ya kijeni ni tathmini ya mawakala kwa uwezo wao wa kushawishi aina yoyote kati ya tatu za jumla za mabadiliko (mabadiliko) katika nyenzo za kijeni (DNA): jeni, kromosomu na jeni. Katika viumbe kama vile wanadamu, jeni huundwa na DNA, ambayo ina vitengo vya mtu binafsi vinavyoitwa besi za nukleotidi. Jeni hizo zimepangwa katika miundo tofauti inayoitwa kromosomu. Genotoxicity inaweza kusababisha athari kubwa na zisizoweza kutenduliwa kwa afya ya binadamu. Uharibifu wa genotoxic ni hatua muhimu katika introduktionsutbildning ya kansa na inaweza pia kuhusishwa katika introduktionsutbildning ya kasoro kuzaliwa na kifo fetal. Madarasa matatu ya mabadiliko yaliyotajwa hapo juu yanaweza kutokea ndani ya mojawapo ya aina mbili za tishu zinazomilikiwa na viumbe kama vile binadamu: manii au mayai (seli za vijidudu) na tishu zilizobaki (seli za somatic).

Tathmini zinazopima mabadiliko ya jeni ni zile zinazotambua uingizwaji, uongezaji au ufutaji wa nyukleotidi ndani ya jeni. Vipimo vinavyopima mabadiliko ya kromosomu ni zile zinazotambua mapumziko au upangaji upya wa kromosomu unaohusisha kromosomu moja au zaidi. Vipimo vinavyopima mabadiliko ya jeni ni zile zinazotambua mabadiliko katika idadi ya kromosomu, hali inayoitwa aneuploidy. Tathmini ya sumu ya kijenetiki imebadilika sana tangu maendeleo ya Herman Muller mnamo 1927 ya jaribio la kwanza la kugundua mawakala wa genotoxic (mutagenic). Tangu wakati huo, zaidi ya majaribio 200 yametengenezwa ambayo yanapima mabadiliko katika DNA; hata hivyo, chini ya majaribio kumi hutumiwa kwa kawaida leo kwa tathmini ya sumu ya kijeni. Nakala hii inakagua majaribio haya, inaelezea kile wanachopima, na inachunguza jukumu la majaribio haya katika tathmini ya sumu.

Utambuzi wa Hatari za Saratani Kabla ya Maendeleo ya Fieldof Genetic Toxicology

Dawa ya sumu ya kijeni imekuwa sehemu muhimu ya mchakato wa jumla wa tathmini ya hatari na imeongezeka katika siku za hivi karibuni kama kitabiri cha kutegemewa cha shughuli za kusababisha kansa. Hata hivyo, kabla ya maendeleo ya sumu ya kijeni (kabla ya 1970), mbinu nyingine zilitumika na bado zinatumika kutambua hatari zinazoweza kutokea za saratani kwa wanadamu. Kuna kategoria sita kuu za mbinu zinazotumika kwa sasa kutambua hatari za saratani ya binadamu: tafiti za epidemiological, uchunguzi wa muda mrefu wa bioassay, majaribio ya bioassay ya muda wa kati ya vivo, majaribio ya muda mfupi ya vivo na vitro, akili ya bandia (shughuli ya muundo). na uelekezaji unaotegemea utaratibu.

Jedwali la 1 linatoa faida na hasara za njia hizi.

Jedwali 1. Faida na hasara za mbinu za sasa za kutambua hatari za saratani ya binadamu

Misingi ya Mantiki na Dhana ya Tathmini ya Toxicology ya Jenetiki

Ingawa aina na idadi kamili ya vipimo vinavyotumika kutathmini sumu ya kijeni vinabadilika kila mara na kutofautiana kutoka nchi hadi nchi, zinazojulikana zaidi ni pamoja na majaribio ya (1) mabadiliko ya jeni katika bakteria na/au seli za mamalia zilizokuzwa na (2) mabadiliko ya kromosomu katika seli za mamalia zilizokuzwa na/au uboho ndani ya panya walio hai. Baadhi ya majaribio ndani ya kitengo hiki cha pili pia yanaweza kugundua aneuploidy. Ingawa majaribio haya hayatambui mabadiliko katika seli za viini, hutumiwa hasa kwa sababu ya gharama ya ziada na utata wa kufanya majaribio ya seli za viini. Hata hivyo, majaribio ya seli za viini kwenye panya hutumika wakati taarifa kuhusu athari za seli za viini inapohitajika.

Masomo ya kimfumo katika kipindi cha miaka 25 (1970-1995), haswa katika Mpango wa Kitaifa wa Toxicology wa Amerika huko North Carolina, yamesababisha matumizi ya idadi tofauti ya majaribio ya kugundua shughuli za mutajeni za mawakala. Mantiki ya kutathmini manufaa ya majaribio yalitokana na uwezo wao wa kugundua mawakala wanaosababisha saratani kwenye panya na wanaoshukiwa kusababisha saratani kwa wanadamu (yaani, kansajeni). Hii ni kwa sababu tafiti katika miongo kadhaa iliyopita zimeonyesha kwamba seli za saratani zina mabadiliko katika jeni fulani na kwamba kansa nyingi pia ni mutajeni. Kwa hivyo, seli za saratani huonwa kuwa na mabadiliko ya seli-somatic, na kansajenezi inatazamwa kama aina ya mutagenesis ya seli-somatic.

Vipimo vya sumu ya kijeni vinavyotumiwa sana leo vimechaguliwa si kwa sababu ya hifadhidata kubwa tu, gharama ya chini kiasi, na urahisi wa utendakazi, lakini kwa sababu zimeonyeshwa kugundua panya wengi na, kwa kudhaniwa, visababisha kansa za binadamu. Kwa hivyo, majaribio ya sumu ya kijeni hutumiwa kutabiri uwezekano wa kansa ya mawakala.

Maendeleo muhimu ya dhana na vitendo katika uwanja wa sumu ya kijeni ilikuwa ni utambuzi kwamba kansajeni nyingi zilirekebishwa na vimeng'enya ndani ya mwili, na kuunda aina zilizobadilishwa (metabolites) ambazo mara nyingi zilikuwa fomu ya mwisho ya kansa na mutagenic ya kemikali mama. Ili kuiga kimetaboliki hii katika sahani ya petri, Heinrich Malling alionyesha kuwa ujumuishaji wa maandalizi kutoka kwa ini la panya ulikuwa na vimeng'enya vingi vinavyohitajika kutekeleza ubadilishaji au uanzishaji huu wa kimetaboliki. Kwa hivyo, majaribio mengi ya sumu ya maumbile yaliyofanywa katika sahani au zilizopo (in vitro) hutumia uongezaji wa maandalizi ya enzyme sawa. Maandalizi rahisi huitwa mchanganyiko wa S9, na maandalizi yaliyotakaswa huitwa microsomes. Baadhi ya seli za bakteria na mamalia sasa zimeundwa kijeni ili kuwa na baadhi ya jeni kutoka kwa panya au binadamu ambao huzalisha vimeng'enya hivi, hivyo basi kupunguza hitaji la kuongeza mchanganyiko wa S9 au mikrosomu.

Uchunguzi na Mbinu za Toxicology ya Jenetiki

Mifumo ya kimsingi ya bakteria inayotumika kwa uchunguzi wa sumu ya kijenetiki ni upimaji wa utajeni wa Salmonella (Ames) na, kwa kiwango kidogo zaidi, aina ya WP2 ya Escherichia coli. Uchunguzi wa katikati ya miaka ya 1980 ulionyesha kuwa matumizi ya aina mbili pekee za mfumo wa Salmonella (TA98 na TA100) yalitosha kugundua takriban 90% ya mutajeni zinazojulikana za Salmonella. Kwa hivyo, aina hizi mbili hutumiwa kwa madhumuni mengi ya uchunguzi; hata hivyo, aina nyingine mbalimbali zinapatikana kwa majaribio ya kina zaidi.

Uchambuzi huu unafanywa kwa njia mbalimbali, lakini taratibu mbili za jumla ni ujumuishaji wa sahani na majaribio ya kusimamishwa kwa kioevu. Katika kipimo cha ujumuishaji wa sahani, seli, kemikali ya majaribio na (inapohitajika) S9 huongezwa pamoja kwenye agari iliyoyeyuka na kumwagwa kwenye uso wa sahani ya agar petri. Agar ya juu inakuwa ngumu ndani ya dakika chache, na sahani hudumishwa kwa siku mbili hadi tatu, baada ya hapo seli zinazobadilika zimekua na kuunda vikundi vinavyoweza kuonekana vya seli zinazoitwa makoloni, ambazo huhesabiwa. Agar medium ina mawakala wa kuchagua au inaundwa na viungo hivi kwamba ni seli mpya tu zilizobadilishwa zitakua. Kipimo cha incubation ya kioevu ni sawa, isipokuwa seli, wakala wa mtihani, na S9 huwekwa pamoja katika kioevu ambacho hakina agar iliyoyeyuka, na kisha seli huoshwa bila wakala wa mtihani na S9 na kupandwa kwenye agar.

Mabadiliko katika seli za mamalia waliokuzwa hugunduliwa kimsingi katika moja ya jeni mbili: hprt na tk. Sawa na vipimo vya bakteria, mistari ya seli ya mamalia (iliyotengenezwa kutoka kwa panya au seli za binadamu) huwekwa wazi kwa wakala wa majaribio katika vyombo vya utamaduni wa plastiki au mirija na kisha hupakwa kwenye vyombo vya utamaduni ambavyo vina wastani na wakala wa kuchagua ambao huruhusu seli zinazobadilika tu kukua. . Vipimo vilivyotumika kwa madhumuni haya ni pamoja na CHO/HPRT, TK6, na lymphoma ya panya L5178Y/TK.^{+ / -} majaribio. Mistari mingine ya seli iliyo na mabadiliko mbalimbali ya kurekebisha DNA na vile vile iliyo na baadhi ya jeni za binadamu zinazohusika katika kimetaboliki pia hutumiwa. Mifumo hii inaruhusu urejeshaji wa mabadiliko ndani ya jeni (mutation ya jeni) pamoja na mabadiliko yanayohusisha maeneo ya kromosomu pembeni ya jeni (mutation kromosomu). Walakini, aina hii ya mwisho ya mutation inalipwa kwa kiwango kikubwa zaidi na tk mifumo ya jeni kuliko hprt mifumo ya jeni kutokana na eneo la tk jeni.

Sawa na upimaji wa ujazo wa kioevu kwa utajeni wa bakteria, majaribio ya utajeni ya seli ya mamalia kwa ujumla huhusisha kufichua kwa seli katika sahani za utamaduni au mirija mbele ya wakala wa majaribio na S9 kwa saa kadhaa. Kisha seli huoshwa, na kukuzwa kwa siku kadhaa zaidi ili kuruhusu bidhaa za jeni za kawaida (za aina ya mwitu) kuharibiwa na bidhaa mpya za jeni zinazobadilika kuonyeshwa na kukusanyika, na kisha hupandwa kwa kati iliyo na wakala wa kuchagua ambao unaruhusu. seli mutant tu kukua. Kama vipimo vya bakteria, seli zinazobadilika hukua na kuwa koloni zinazoweza kutambulika ambazo huhesabiwa.

Mabadiliko ya kromosomu hutambuliwa hasa na majaribio ya cytogenetic, ambayo yanahusisha kufichua panya na/au seli za panya au binadamu katika sahani za kitamaduni kwa kemikali ya majaribio, kuruhusu mgawanyiko wa seli moja au zaidi kutokea, kuchafua kromosomu, na kisha kuchunguza kromosomu kwa macho kupitia darubini. kugundua mabadiliko katika muundo au idadi ya kromosomu. Ingawa vidokezo mbalimbali vinaweza kuchunguzwa, viwili ambavyo kwa sasa vinakubaliwa na mashirika ya udhibiti kuwa vina maana zaidi ni mtengano wa kromosomu na kategoria ndogo inayoitwa mikronuclei.

Mafunzo na utaalamu wa kutosha unahitajika ili kupata alama za seli kwa uwepo wa kutofautiana kwa kromosomu, na kufanya utaratibu huu wa gharama kubwa katika suala la muda na pesa. Kinyume chake, nyuklia zinahitaji mafunzo kidogo, na utambuzi wao unaweza kuwa wa kiotomatiki. Nuclei ndogo huonekana kama nukta ndogo ndani ya seli ambazo ni tofauti na kiini, ambacho kina kromosomu. Nuclei ndogo hutokana na kuvunjika kwa kromosomu au kutoka kwa aneuploidy. Kwa sababu ya urahisi wa kupata alama za nyuklea ikilinganishwa na kupotoka kwa kromosomu, na kwa sababu tafiti za hivi majuzi zinaonyesha kuwa mawakala ambao huchochea ukeukaji wa kromosomu kwenye uboho wa panya hai kwa ujumla hushawishi mikronuclei kwenye tishu hii, mikronuclei sasa hupimwa kwa kawaida kama dalili ya uwezo wa wakala wa kushawishi mabadiliko ya kromosomu.

Ingawa vipimo vya chembechembe za viini hutumika mara chache sana kuliko vipimo vingine vilivyoelezwa hapo juu, ni muhimu sana katika kubainisha kama wakala anahatarisha seli za viini, mabadiliko ambayo yanaweza kusababisha athari za kiafya katika vizazi vinavyofuata. Upimaji wa seli za viini unaotumika sana uko kwenye panya, na unahusisha mifumo inayotambua (1) uhamishaji unaoweza kurithiwa (kubadilishana) kati ya kromosomu (jaribio la kurithika la uhamishaji), (2) mabadiliko ya jeni au kromosomu yanayohusisha jeni mahususi (locus inayoonekana au ya kibayolojia. majaribio), na (3) mabadiliko yanayoathiri uwezekano (jaribio kuu la kuua). Kama ilivyo kwa majaribio ya seli-somatiki, dhana ya kufanya kazi na majaribio ya seli-jidudu ni kwamba mawakala chanya katika majaribio haya yanachukuliwa kuwa yanaweza kuwa mutajeni za seli za viini vya binadamu.

Hali ya Sasa na Matarajio ya Baadaye

Tafiti za hivi majuzi zimeonyesha kuwa ni taarifa tatu tu zilizohitajika kugundua takriban 90% ya seti ya visababisha kansa 41 vya panya (yaani, visababisha kansa vya binadamu vinavyodhaniwa kuwa ni na mutajeni za seli-somatic). Hizi ni pamoja na (1) ujuzi wa muundo wa kemikali wa wakala, hasa ikiwa ina sehemu za electrophilic (angalia sehemu ya uhusiano wa shughuli za muundo); (2) data ya Salmonella mutagenicity; na (3) data kutoka kwa jaribio la siku 90 la sumu sugu katika panya (panya na panya). Hakika, kimsingi kanojeni zote za binadamu zilizotangazwa na IARC zinaweza kutambulika kama mutajeni kwa kutumia tu kipimo cha Salmonella na upimaji wa uboho wa panya. Matumizi ya vipimo hivi vya utajeni katika kugundua uwezekano wa kusababisha kansa za binadamu yanaungwa mkono zaidi na ugunduzi kwamba kansajeni nyingi za binadamu ni kansa katika panya na panya (trans-species carcinogens) na kwamba kansajeni nyingi za trans-spishi ni za kubadilika katika Salmonella na/au huchochea mikronuclei. kwenye uboho wa panya.

Pamoja na maendeleo katika teknolojia ya DNA, mradi wa chembe za urithi wa binadamu, na uelewa ulioboreshwa wa jukumu la mabadiliko katika saratani, majaribio mapya ya sumu ya jeni yanatengenezwa ambayo huenda yakajumuishwa katika taratibu za kawaida za uchunguzi. Miongoni mwao ni matumizi ya seli za transgenic na panya. Mifumo ya kubadilisha jeni ni ile ambayo jeni kutoka kwa spishi nyingine imeingizwa kwenye seli au kiumbe. Kwa mfano, panya waliobadilika maumbile sasa wako katika matumizi ya majaribio ambayo yanaruhusu ugunduzi wa mabadiliko katika kiungo au tishu yoyote ya mnyama, kulingana na kuanzishwa kwa jeni la bakteria kwenye panya. Seli za bakteria, kama vile Salmonella, na seli za mamalia (pamoja na mistari ya seli ya binadamu) sasa zinapatikana ambazo zina jeni zinazohusika katika ubadilishanaji wa mawakala wa kusababisha kansa/mutajeni, kama vile jeni za P450. Uchanganuzi wa molekuli ya mabadiliko halisi yanayotokana na jeni-badiliko ndani ya panya zinazobadilika jeni, au ndani ya jeni asili kama vile hprt, au jeni zinazolengwa ndani ya Salmonella sasa zinaweza kufanywa, ili hali halisi ya mabadiliko yanayosababishwa na kemikali iweze kubainishwa, kutoa maarifa kuhusu utaratibu wa utendaji wa kemikali hiyo na kuruhusu ulinganisho na mabadiliko katika binadamu ambayo yanaonekana kwa wakala. .

Maendeleo ya molekuli katika cytogenetics sasa yanaruhusu utathmini wa kina zaidi wa mabadiliko ya kromosomu. Hizi ni pamoja na utumizi wa vichunguzi (vipande vidogo vya DNA) ambavyo huambatanisha (mseto) kwa chembe hususa za urithi. Mipangilio upya ya jeni kwenye kromosomu inaweza kisha kufichuliwa na eneo lililobadilishwa la vichunguzi, ambavyo vina mwanga wa umeme na kuonekana kwa urahisi kama sehemu za rangi kwenye kromosomu. Upimaji wa elektrophoresis ya jeli ya seli moja kwa ajili ya kuvunjika kwa DNA (hujulikana kama "comet" assay) huruhusu ugunduzi wa mianya ya DNA ndani ya seli moja na inaweza kuwa zana muhimu sana pamoja na mbinu za cytogenetic za kugundua uharibifu wa kromosomu.

Baada ya miaka mingi ya matumizi na utengenezaji wa hifadhidata kubwa na iliyoandaliwa kwa utaratibu, tathmini ya sumu ya kijeni sasa inaweza kufanywa kwa majaribio machache tu kwa gharama ndogo katika muda mfupi (wiki chache). Data inayotolewa inaweza kutumika kutabiri uwezo wa wakala kuwa panya na, kwa kukisia, saratani ya binadamu/seli ya seli ya somatic. Uwezo kama huo hufanya iwezekane kupunguza kuanzishwa kwa mazingira ya mawakala wa mutagenic na kansa na kukuza mawakala mbadala, yasiyo ya kubadilika. Masomo ya siku zijazo yanapaswa kusababisha njia bora zaidi na utabiri mkubwa kuliko majaribio ya sasa.

Back