Земляне, пока долетят до Марса, могут превратиться в генетических мутантов

Образование так называемого гидрониума (НзО+) под действием лазерного удара: слева – гидроксил-ион (красный шар – кислород); справа – молекула воды с присоединяемым протоном (белые шары). Иллюстрация Physorg

При современном уровне развития технологий полет на Марс и обратно займет не менее двух лет. И это, похоже, несовместимо с жизненными показателями, особенно если учесть недавно появившиеся данные об изменениях мозговой ткани у людей, работавших на орбите. К этому можно добавить публикацию в журнале Science накануне 75-летия бомбардировки Хиросимы. В ней подчеркивается большое значение исследований воздействия радиации.

Одним из открытий в этой области стало обнаружение быстрого и масштабного нарастания химически агрессивных радикалов в клетках. Много позже стало ясно, что эти радикалы повреждают ДНК. В норме в этом нет ничего опасного, так как цепи ДНК постоянно рвутся в клетках, такова клеточная биология. Для починки разрывов есть особые ферменты. Один из них получил название RAD. Он играет важную роль, например, при солнечном ожоге, в результате человек буквально «меняет кожу».

Радикалы образуются в ходе нормального процесса получения клетками энергии за счет сжигания глюкозы в митохондриях. Мы спокойно переносим оздоровляющее летнее действие Солнца, но врачи советуют не усердствовать с соляриями. Медики также знают об опасности бактерицидных ламп, используемых для стерилизации процедурных и операционных, а также опасности рентгена.

Мутации, возникающие в генах под действием физико-химических воздействий на организм, находятся под пристальным вниманием ENCODE – большого международного проекта «Энциклопедия ДНК-элементов». Считается, что менее 2% генома отвечают за синтез протеинов, в остальном же ДНК функционирует как большой кладезь самых разных регуляторных функций, многие из которых еще следует понять.

Пример одного из недавних открытий в этой области – квадруплексы, или счетверенные участки двуцепочной ДНК. Ученые связывают их с летальностью клеток и подавлением транскрипции (считывания) генов. В норме это проявляется как защита от трансформации клеток. В Кембридже показали, что действие ингибиторов CX-5481 и пиридостатина сдерживают образование квадруплексов.

В начале августа 2020 года сотрудники Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе смогли определить время образования свободных радикалов. Сделали они это с помощью линейного ускорителя, дающего когерентный луч лазера на свободных электронах (LCLS – Linac Coherent Light Source free electron laser), продолжительность импульсов которого составляет фемтосекунды (10–15 с). Их статья называется «Резонансное неэластическое рассеяние рентгеновских лучей выявило скрытые локальные переходы ОН в воде». В ней описана сверхбыстрая динамика гидроксилов в молекуле воды. Ученые выяснили, что помимо разложения воды на гидроксил-ион и протон на весьма недолгое время (10–9–10–12 с) возникает совсем необычное короткоживущее соединение гидроксила с водой (Н2О+/ОН).

Несколько ранее большая интернациональная команда исследователей из ФРГ, Швеции, КНР и США видела нечто подобное в виде положительно заряженной дырки Н2О+, образующейся при действии лазерного излучения.

Интерес к этим двум работам связан с тем, что именно гидроксил-ионы представляют собой наиболее агрессивные радикалы (а отнюдь не положительно заряженные протоны). Связано это с большим пробегом гидроксилов «в поисках» свободных электронов после удара лазерного импульса в молекулу воды. «Живут» гидроксил-ионы триллионные доли секунды, но этого достаточно для повреждения ДНК…

Думается, что все это со временем придется учитывать при разработке защитных контуров людей в земных и космических условиях.