СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НАСЛЕДСТВЕННУЮ СТРУКТУРУ ДАФНИЙ Российский патент 1998 года по МПК C12N15/00 

Изобретение относится к биологии, преимущественно к генетике, и может быть использовано в селекционной работе и для мутагенных изменений организмов.

В современной генетике для мутагенеза используется мутагенное действие химических и физических факторов [1-3].

Однако их мутагенное действие является ограниченным и имеет низкий процентный выход положительных мутаций. Для всех известных мутагенов частота вызываемых ими мутаций зависит от дозы мутагенов, но с увеличение дозы последнего в большинстве случаев резко возрастает отрицательное физиологическое воздействие на организм, отрицательной стороной является и случайный, чаще всего характер наследственных изменений, так как зависит от случайного нарушения молекул ДНК, например, при облучении ионизирующим излучением.

Наиболее близким из известных по технической сущности - прототипом является способ регенерации послеожоговых кожных ран [4]. Он заключается в том, что для регенерации грануляционной и эпителиальной тканей на рану воздействуют круглосуточно от 2 дней до 3 недель постоянным током, плотностью 0,5 - 10 мкА/см², модулированным переменной составляющей с частотой от 1 Гц до 100 кГц при ступенчатом изменении частоты на порядок величины 3 - 4 раза в сутки. Использование постоянного тока, модулированного переменной составляющей с частотой от 1 Гц до 100 кГц, способствует ускорению регенерации тканей.

Недостатками известного способа является наличие только физиологического воздействия на организм и отсутствие направленного воздействия на перестройку наследственной структуры организмов.

Задачей изобретения является управляемое воздействие на перестройку наследственной структуры дафний.

Поставленная задача решается тем, что через среду обитания дафний пропускают последовательность электрических одиночных или групп модулированных сигналов с несущей частотой 1-200 мГц и крутизной переднего фронта каждого сигнала по напряжению от 4•10⁶ до 3,8•10¹¹ В/с, при этом необходимую последовательность сигналов и их групп, образующих электрический код, задают модуляциями по частоте следования 0,1 - 200 кГц, амплитуде 0,1 - 100% и скважности от 1 до 5•10⁴.

Отличиями предлагаемого способа является воздействие одиночными или объединенными в группу одиночными сигналами, образующими "электрический код". Именно воздействие электрическим кодом приводит к управляемому изменению наследственной структуры организма дафний в отличие от прототипа, где модулированный постоянный ток вызывает лишь регенерацию клеток, но не приводит к возникновению мутаций.

Отличием предлагаемого способа являются также параметры сигналов, формирующих электрический код.

Способ мутации основан на воздействии "электрического кода" на наследственную структуру организма. На основании предварительных экспериментов установлено, что наследственная структура организма может выполнять команды, принятые в закодированном виде - в виде электрических сигналов. В дальнейшем под термином "электрический код" будет подразумеваться набор сигналов специальной формы и структуры, способный вызывать элементарный акт перестройки наследственной структуры. В опытах использовались дафнии из подотряда ветвистоусые ракообразные.

Для постановки количественных экспериментов был изготовлен синтезатор сигналов.

Выходные параметры синтезатора:
1. Несущая частота одиночных сигналов, регулируемая в диапазоне от 1 до 200 мГц, с управляемой крутизной переднего фронта по напряжению от 4•10⁴ до 3,8•10¹¹ В/с.

2. Двойная модуляция выходных сигналов: а) первая модуляция задает: частоту повторения группы сигналов от 100 Гц до 200 кГц, число сигналов внутри группы и амплитудную модуляцию сигналов от 0 до 100% с частотой от 10 Гц до 200 кГц; б) вторая модуляция задает: число сигналов в группе от 1 до 5•10³, скважность сигналов в группе от 1 до 5•10⁴ и изменяет выходную мощность сигналов с частотой от 0,1 до 100 Гц.

3. Выходное напряжение регулируется от 0 до 1500 В.

4. Синтезатор имеет блок, задающий структуру сигналов.

При описании примеров конкретного выполнения параметры электрических сигналов будут указаны в таблице. Причем в таблице дается две строки с названиями: а) "первая модуляция", посредством которой задавали частоту повторения группы сигналов, число сигналов внутри группы и амплитудную модуляцию; б) "вторая модуляция" задает число сигналов в группе, скважность сигналов в группе и изменяет мощность выходного сигнала.

Следует отметить, что при анализе полученных данных выявлены мутации, которые не являются полезными, но они достаточно ясно показывают возможность управления мутагенезом.

Пример 1. Опыт проводился на качественном уровне. В кювету с чистой водой, с встроенными в нее электродами помещали по 100-200 дафний разного возраста и подвергали обработке электрическим током, постепенно повышая плотность тока на единицу поперечного сечения кюветы. Из таких опытов было установлено, что при обработке дафний постоянным и переменным токами в широком интервале частот (20 Гц - 100 мГц) наблюдается физическое воздействие на всех дафний, приводящее к гибели в результате их перегрева, но мутации не наблюдается.

Пример 2. Опыт ставили с целью определения влияния на организм электрических кодов в зависимости от амплитуды сигналов и частоты модуляции. В кювете (см. пример 1) обрабатывали дафний одиночными электрическими сигналами с меняющейся периодичностью их подачи, при этом амплитуда сигналов повышалась дискретно и после каждого повышения менялась частота следования сигналов в интервале от 0,01 до 1000 кГц. Крутизна переднего фронта сигналов оставалась постоянной и была порядка 8•10¹⁰ В/с. Несущая частота составляла 10 мГц, частота первой модуляции была переменной в интервале 1-20 кГц, частота второй модуляции также переменная в интервале 0,1-20 Гц. Амплитуда сигналов по току менялась от 2•10⁷ до 10 А/см² поперечного сечения кюветы.

На основании опытов в данном примере было установлено:
а) пороговое значение плотности тока сигнала, которое начинает оказывать физиологическое или мутагенное действие на дафний в 10-1000 раз ниже токов, что в первом опыте;
б) некоторые электрические коды дафниями воспринимаются, по-видимому, при резонансном настрое, так как заданный код воспринимают 1/3 дафний из 100, а для его восприятия остальными нужно немного изменять последовательность следования сигналов внутри электрического кода для резонансной настройки на других дафний;
в) есть электрические коды, которые воспринимаются всей испытуемой партией дафний, за исключением 1-4%;
г) нарушения организма в процессе его обработки электрическими кодами являются мутагенными нарушениями, так как они передаются по наследству, причем это справедливо для любого возраста дафний;
д) электрический код, по-видимому, не совпадающий ни с каким кодом наследственной структуры, не оказывает влияния на последнюю.

Таким образом, предположение о возможности изменять наследственную структуру организма при его обработке информационными сигнала остаются справедливыми, но по какому механизму происходит воздействие пока неясно, так как процесс приема сигнала клеткой может проходить параллельно по разным механизмам.

Пример 3. Опыты проводили с целью определения влияния на мутагенез изменений последовательности следования сигналов внутри электрического кода. Для этого был подобран электрический код, способный вызывать наработку крови у дафний. Опыты проводили аналогично примеру 2. Параметры электрических сигналов, используемых для обработки дафний, приведены в таблице.

Результаты. Установлено, что изменяя скважность подачи сигналов и частоту первой модуляции, можно один и тот же мутантный признак получать на разных участках хитиновой полупрозрачной раковины дафнии. Мутантный признак (локальная наработка крови) использовался потому, что он хорошо проявляется на мутанте в виде красного пузырька с левого, правого бока или на спинке, в результате чего раздувается раковина. Мутантные признаки проверялись на 24-х поколениях и проявляются они в следующих случаях:
а) при жизни дафний в нормальной среде обитания, когда мутанты достигают возраста, в котором были обработаны исходные дафнии;
б) при изменении среды обитания в сторону неблагоприятных условий для жизни. В этом случае мутантный признак проявляется у всех дафний независимо от возраста.

Очень важно и то, что в каждом поколении, полученном от одного или нескольких сот мутантов, мутантный признак проявляется только у 2/3 поколения, а у другой части, составляющей 1/3, признаки отсутствуют. Полученное потомство от 2/3 и 1/3 опять дает расщепление по признакам 2:1. Если мутанты унаследовали два новых признака, то потомство имеет расщепление 1:1:1, т.е. все части равны между собой и одна из них признаков не имеет, а из двух других каждая часть имеет свой признак. Потомство от всех частей имеет расщепление 1:1:1.

Пример 4. В опыте были подобраны интервалы параметров электрического кода, позволяющего вызывать мутацию - паралич задних антенн дафнии. Обработку дафний проводили в кювете (см. пример 1), параметры сигналов, используемых в опыте, приведены в таблице. У исходной дафнии задние антенны широко развернуты в стороны. У мутантов до проявления признаков эти антенны развернуты и подвижны, как у исходной дафнии, при проявлении мутации перистые щетинки, растущие на ветвях антенн, складываются в метелочку, а сами антенны прижимаются к бокам и теряют свою подвижность, что приводит дафнию к гибели.

Пример 5. В данном опыте были подобраны интервалы параметров сигналов, позволяющих получать мутацию - потерю перистых щетинок на задних антеннах. Параметры режима обработки приведены в таблице. Результатом обработки является наследственная передача признака (потеря пористых щетинок) при достижении мутантом возраста, в котором была подвергнута обработке исходная дафния. Причем расщепление по мутантным признакам в каждом поколении такое же, как в примере 3, т.е. 2/3 поколения с признаками и 1/3 без них. Кроме этого, аналогично примеру 3, меняя параметры обработки, можно получать мутации
- потерю щетинок только на правой антенне или на левой.

Пример 6. В опыте был подобран электрический код, позволяющий получать дафний с редуцированными задними антеннами. Дафний обрабатывали набором одиночных сигналов фиксированной структуры. Частота следования одиночных сигналов составляла 145-150 импульсов в секунду с наложением амплитудной модуляции с частотой 50 Гц. Крутизна переднего фронта одиночных сигналов была 2,5•10¹¹ В/с. Время обработки дафний 60 с. В результате воздействия была получена мутация задних антенн, особенность которой заключается в том, что одна из ветвей задней антенны состоит из одного сегмента, но имеет три перистые щетинки, а у контрольных дафний на аналогичной ветви на первом и втором сегментах - по одной перистой щетинке, и лишь на третьем - три щетинки.

Источники информации
1. А. с. 399228, кл. A 01 H 1/06, оп. БИ N 39, 1973 г. Н.П.Драч и В.А. Панин//"Способ направленного воздействия химическими мутагенами на растения".

2. А.с. 889706, кл. C 12 N 15/00, оп. БИ N46, 1981 г. Н.М.Балаева и О.М. Фролова//"Способ получения мутантов вакцинного штамма E риккетсий Провачек".

3. А.с. 1014550, кл. H 01 K 41/00, оп. БИ N13, 1983 г. Н.И.Богатырев, А. В. Лопатченко и В. Н.Слепнев//"Устройство для воздействия на эмбрионы птиц электромагнитным полем".

4. А.с. 1011128, кл. A 61 N 1/20, оп. БИ N14, 1983 г. Л.Н.Синицин и Е.П. Развозова//"Способ регенерации послеожоговых кожных ран"р

Изобретение относится к биологии, точнее молекулярной генетике. Сущность изобретения состоит в том, что через среду обитания дафний пропускают последовательность электрических одиночных или групп модулированных сигналов с несущей частотой 1 - 200 мГц и крутизной переднего фронта каждого сигнала по напряжению от 4• 10⁶ до 3,8• 10¹¹ В/с, при этом необходимую последовательность сигналов и их групп, образующих электрический код, задают модуляциями по частоте следования 0,1-200 кГц, амплитуде 0,1-100% и скважности от 1 до 5• 10⁴. Изобретение позволяет расширить арсенал средств воздействия на наследственную структуру живых организмов. 1 табл.

Способ воздействия на наследственную структуру дафний, включающий пропускание через среду обитания дафний последовательности электрических одиночных или групп модулированных сигналов с несущей частотой 1 - 200 мГц и крутизной переднего фронта каждого сигнала по напряжению от 4 • 10⁶ до 3,8 • 10¹¹ В/с, при этом необходимую последовательность сигналов и их групп, образующих электрический код, задают модуляциями по частоте следования 0,1 - 200 кГц, амплитуде 0,1-100% и скважности от 1 до 5 • 10⁴.