Анализ цитогенетических нарушений у жителей промышленного региона в связи с работой на угольных теплоэлектростанциях

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В воздухе промышленной среды, связанной с переработкой и сжиганием угля, присутствует огромное количество угольной пыли, тяжелых металлов, полициклических ароматических углеводородов, оказывающих негативное воздействие на генетическую стабильность. В связи с этим целью исследования является изучение генотоксических эффектов у работников угольных теплоэлектростанций. В работе проведен цитогенетический анализ геномных повреждений у 455 работников угольных теплоэлектростанций по сравнению с 533 контрольными донорами г. Кемерова при помощи микроядерного теста. Проведена оценка формирования геномных нарушений у работников угольных теплоэлектростанций в связи с полом, возрастом, статусом курения, наличием хронических заболеваний, стажем работы и рабочими цехами. Установлено значительное повышение частоты встречаемости лимфоцитов с микроядрами, нуклеоплазменными мостами, протрузиями, а также клеток на стадии апоптоза у работников угольных теплоэлектростанций по сравнению с группой контроля. Выявлено увеличение частоты встречаемости клеток с цитогенетическими нарушениями у работающих на угольном производстве женщин и работников старшего возраста (50 лет и старше). Стаж работы и профессиональная специализация оказывали статистически значимое влияние на формирование геномных нарушений. Полученные результаты свидетельствуют о значительном вкладе средовых факторов в развитие гено- и цитотоксических эффектов у работников угольных теплоэлектростанций.

Об авторах

Анна Владимировна Марущак

Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: marushchak.av@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9560-7563
SPIN-код: 5777-9024
Россия, Кемерово

Артём Вячеславович Минин

Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук; Кемеровский государственный университет

Email: mininartemminin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5839-5194
SPIN-код: 5917-1343
Россия, Кемерово; Кемерово

Список литературы

  1. Vig N., Ravindra K., Mor S. Environmental impacts of Indian coal thermal power plants and associated human health risk to the nearby residential communities: A potential review // Chemosphere. 2023. Vol. 341. ID 140103. doi: 10.1016/j.chemosphere.2023.140103
  2. Dutta M., Islam N., Rabha S., et al. Acid mine drainage in an Indian high-sulfur coal mining area: Cytotoxicity assay and remediation study // J Hazard Mater. 2020. Vol. 389. ID 121851. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.121851
  3. Chen Y., Wild O., Conibear L., et al. Local characteristics of and exposure to fine particulate matter (PM2.5) in four indian megacities // Atmos Environ X. 2020. Vol. 5. ID 100052. doi: 10.1016/j.aeaoa.2019.100052
  4. Глущенко Н.Н., Богословская О.А. Байтукалов Т.А., и др. Биологические свойства твердых частиц дымовых уносов тепловых электростанций, работающих на углях // Известия РАН. Энергетика. 2008. № 4. С. 129–137. EDN: JJSNEL
  5. Rozhina E., Ishmukhametov I., Nigamatzyanova L., et al. Comparative toxicity of fly ash: An in vitro study // Molecules. 2021. Vol. 26, N 7. ID 1926. doi: 10.3390/molecules26071926
  6. Leonard S.A., Stegemann L.A., Roy A. Characterization of acid tars // J Hazard Mater. 2010. Vol. 175, N 1–3. P. 382–392. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.10.015
  7. Мажайский Ю.А., Захарова О.Л., Евтюхин В.Ф., Тобратов С.А. Техногенное загрязнение окружающей среды в зоне воздействия Рязанской ГРЭС // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2000. № 10. С. 29–31. EDN: YZJZPN
  8. Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Загрязнение территории Челябинска тяжелыми металлами при сжигании угля // Химия твердого топлива. 2013. № 2. С. 62–64. EDN: PXLGGX doi: 10.7868/S0023117713020047
  9. Zhang G.-h., Ren J.-c., Luo M., et al. Association of BER and NER pathway polymorphism haplotypes and micronucleus frequencies with global DNA methylation in benzene-exposed workers of China: Effects of DNA repair genes polymorphisms on genetic damage // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2019. Vol. 839. P. 13–20. doi: 10.1016/j.mrgentox.2019.01.006
  10. Sommer S., Buraczewska I., Kruszewski L.M. Micronucleus assay: The state of art, and future directions // Int J Mol Sci. 2020. Vol. 21, N 4. ID 1534. doi: 10.3390/ijms21041534
  11. Ladeira C., Smajdova L. The use of genotoxicity biomarkers in molecular epidemiology: Applications in environmental, occupational and dietary studies // AIMS Genet. 2017. Vol. 4, N 3. P. 166–191. doi: 10.3934/genet.2017.3.166
  12. Turkez H., Arslan M., Ozdemir O. Genotoxicity testing: Progress and prospects for the next decade // Expert Opin Drug Metab Toxicol. 2017. Vol. 13, N 10. P. 1089–1098. doi: 10.1080/17425255.2017.1375097
  13. Abilev S.K., Igonina E.V., Sviridova D.A., Smirnova S.V. Bacterial lux biosensors in genotoxicological studies // Biosensors. 2023. Vol. 13, N 5. ID 511. doi: 10.3390/bios13050511
  14. de Souza M.R., Silva Kahl V.F., Rohr P., et al. Shorter telomere length and DNA hypermethylation in peripheral blood cells of coal workers // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2018. Vol. 836-B. P. 36–41. doi: 10.1016/j.mrgentox.2018.03.009
  15. Carugno M., Pesatori A.C., Dioni L., et al. Increased mitochondrial DNA copy number in occupations associated with low-dose benzene exposure // Environ Health Perspect. 2012. Vol. 120, N 2. P. 210–215. doi: 10.1289/ehp.1103979
  16. Kirsch-Volders M., Fenech M., Bolognesi C. Validity of the lymphocyte cytokinesis-block micronucleus assay (L-CBMN) as biomarker for human exposure to chemicals with different modes of action: A synthesis of systematic reviews // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2018. Vol. 836-A. P. 47–52. doi: 10.1016/j.mrgentox.2018.05.010
  17. Fenech M. Cytokinesis-block micronucleus cytome assay evolution into a more comprehensive method to measure chromosomal instability // Genes. 2020. Vol. 11, N 10. ID 1203. doi: 10.3390/genes11101203
  18. Fenech M., Chang W.P., Kirsch-Volders M., et al. HUMN project: detailed description of the scoring criteria for the cytokinesis-block micronucleus assay using isolated human lymphocyte cultures // Mutat Res Fundam Mol Mech Mutagen. 2003. Vol. 534, N 1–2. P. 65–75. doi: 10.1016/S1383-5718(02)00249-8
  19. Дружинин В.Г., Минина В.И., Баранова Е.Д., и др. Базовый уровень цитогенетических повреждений в лимфоцитах и буккальных эпителиоцитах больных раком легкого // Генетика. 2019. Т. 55, № 10. С. 1189–1197. EDN: YXRQBH doi: 10.1134/S0016675819100047
  20. Fenech M. Cytokinesis-block micronucleus assay evolves into a «cytome» assay of chromosomal instability, mitotic dysfunction and cell death // Mutat Res. 2006. Vol. 600, N 1–2. P. 58–66. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2006.05.028
  21. Carlos-Reyes A., Muñiz-Lino M.A., Romero-Garcia S., et al. Biological adaptations of tumor cells to radiation therapy // Front Oncol. 2021. Vol. 11. ID 718636. doi: 10.3389/fonc.2021.718636
  22. Mesic A., Nefic H. Assessment of the genotoxicity and cytotoxicity in environmentally exposed human populations to heavy metals using the cytokinesis-block micronucleus cytome assay // Environ Toxicol. 2015. Vol. 30, N 11. P. 1331–1342. doi: 10.1002/tox.22004
  23. Haaf T., Raderschall E., Reddy G., et al. Sequestration of mammalian Rad51-recombination protein into micronuclei // J Cell Biol. 1999. Vol. 144, N 1. P. 11–20. doi: 10.1083/jcb.144.1.11
  24. Siwińska E., Mielzyńska D., Kapka L. Association between urinary 1-hydroxypyrene and genotoxic effects in coke oven workers // Occup Environ Med. 2004. Vol. 61, N 3. ID e10. doi: 10.1136/oem.2002.006643
  25. Donbak L., Rencuzogulları E., Yavuz A., Topaktas M. The genotoxic risk of underground coal miners from Turkey // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2005. Vol. 588, N 2. P. 82–87. doi: 10.1016/j.mrgentox.2005.08.014
  26. Celik M., Donbak L., Unal F., et al. Cytogenetic damage in workers from a coal-fired power plant // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2007. Vol. 62, N 2. P. 158–163. doi: 10.1016/j.mrgentox.2006.11.003
  27. Ulker O.C., Ustundag A., Duydu Y., et al. Cytogenetic monitoring of coal workers and patients with coal workers’ pneumoconiosis in Turkey // Environ Mol Mutagen. 2008. Vol. 49, N 3. P. 232–237. doi: 10.1002/em.20377
  28. Cheng J., Leng S., Li H., et al. Suboptimal DNA repair capacity predisposes coke-oven workers to accumulate more chromosomal damages in peripheral lymphocytes // Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2009. Vol. 18, N 3. P. 987–993. doi: 10.1158/1055-9965.EPI-08-0763
  29. León-Mejía G., Espitia-Pérez L., Hoyos-Giraldo L.S., et al. Assessment of DNA damage in coal open-cast mining workers using the cytokinesis-blocked micronucleus test and the comet assay // Sci Total Environ. 2011. Vol. 409, N 4. P. 686–691. doi: 10.1016/j.scitotenv.2010.10.049
  30. Ada A.O., Demiroglu C., Yilmazer M., et al. Cytogenetic damage in Turkish coke oven workers exposed to polycyclic aromatic hydrocarbons: Association with CYP1A1, CYP1B1, EPHX1, GSTM1, GSTT1, and GSTP1 gene polymorphisms // Arh Hig Rada Toksikol. 2013. Vol. 64, N 3. P. 359–369. doi: 10.2478/10004-1254-64-2013-2328
  31. Rohr P., Kvitko K., da Silva F.R., et al. Genetic and oxidative damage of peripheral blood lymphocytes in workers with occupational exposure to coal // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2013. Vol. 758, N 1–2. P. 23–28. doi: 10.1016/j.mrgentox.2013.08.006
  32. Espitia-Pérez L., Sosa M.Q., Salcedo-Arteaga S., et al. Polymorphisms in metabolism and repair genes affects DNA damage caused by open-cast coal mining exposure // Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2016. Vol. 808. P. 38–51. doi: 10.1016/j.mrgentox.2016.08.003
  33. Sinitsky M.Y., Minina V.I., Gafarov N.I., et al. Assessment of DNA damage in underground coal miners using the cytokinesis-block micronucleus assay in peripheral blood lymphocytes // Mutagenesis. 2016. Vol. 31, N 6. P. 669–675. doi: 10.1093/mutage/gew038
  34. de Souza M.R., da Silva J., Dihl R.R. Chapter 34: Use of micronucleus assays to measure DNA damage caused by coal dust and ash. В кн.: The micronucleus assay in toxicology / S. Knasmüller, M. Fenech, editors. The Royal Society of Chemistry, 2019. P. 561–582. doi: 10.1039/9781788013604-00561
  35. Leng S., Dai Y., Niu Y., et al. Effects of genetic polymorphisms of metabolic enzymes on cytokinesis-block micronucleus in peripheral blood lymphocyte among coke-oven workers // Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2004. Vol. 13, N 10. P. 1631–1639. doi: 10.1158/1055-9965.1631.13.10
  36. Pavanello S., Dioni L., Hoxha M., et al. Mitochondrial DNA copy number and exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons // Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2013. Vol. 22, N 10. P. 1722–1729. doi: 10.1158/1055-9965.EPI-13-0118
  37. Espitia-Pérez L., da Silva J., Espitia-Pérez P., et al. Cytogenetic instability in populations with residential proximity to open-pit coal mine in Northern Colombia in relation to PM10 and PM2.5 levels // Ecotoxicol Environ Saf. 2018. Vol. 148. P. 453–466. doi: 10.1016/j.ecoenv.2017.10.044
  38. Vimercati L., Bisceglia L., Cavone D., et al. Environmental monitoring of PAHs exposure, biomarkers and vital status in coke oven workers // Int J Environ Res Public Health. 2020. Vol. 17, N 7. ID 2199. doi: 10.3390/ijerph17072199
  39. Xi J., Cao Y., Wang Y., et al. PIG-A gene mutation as a mutagenicity biomarker among coke oven workers // Food Chem Toxicol. 2023. Vol. 178. ID 113872. doi: 10.1016/j.fct.2023.113872
  40. Федосеев В.И., Степанов Д.Д., Минина В.И. Изучение генотоксических эффектов действия производственной среды на рабочих угольной теплоэлектростанции с помощью микроядерного теста на лимфоцитах крови // Экологическая генетика. 2021. Т. 19, № 1. С. 77–88. EDN: PFQQYO doi: 10.17816/ecogen42363
  41. Da Silva Pinto E.A., Garcia E.M., de Almeida K.A., et al. Genotoxicity in adult residents in mineral coal region — a cross-sectional study // Environ Sci Pollut Res Int. 2017. Vol. 24, N 20. P. 16806–16814. doi: 10.1007/s11356-017-9312-y
  42. Fenech M. The cytokinesis-block micronucleus technique: A detailed description of the method and its application to genotoxicity studies in human populations // Mutat Res. 1993. Vol. 285, N 1. P. 35–44. doi: 10.1016/0027-5107(93)90049-l
  43. Battershill J.M., Burnett K., Bull S. Factors affecting the incidence of genotoxicity biomarkers in peripheral blood lymphocytes: Impact on design of biomonitoring studies // Mutagen. 2008. Vol. 23, N 6. P. 423–437. doi: 10.1093/mutage/gen040
  44. Kopjar N., Kasuba V., Rozgaj R., Milic M. Micronucleus assay in Croatian general population // Arh Hig Rada Toksikol. 2010. Vol. 61. P. 219–234. doi: 10.2478/10004-1254-61-2010-2027
  45. Di Giorgio C., De Méo M.P., Laget M., et al. The micronucleus assay in human lymphocytes: screening for inter-individual variability and application to biomonitoring // Carcinogenesis. 1994. Vol. 15, N 2. P. 313–317. doi: 10.1093/carcin/15.2.313
  46. Duan H., Leng S., Pan Z., et al. Biomarkers measured by cytokinesis-block micronucleus cytome assay for evaluating genetic damages induced by polycyclic aromatic hydrocarbons // Mutat Res. 2009. Vol. 677, N 1–2. P. 93–99. doi: 10.1016/j.mrgentox.2009.06.002
  47. Bonassi S., Neri M., Lando C., et al. Effect of smoking habit on the frequency of micronuclei in human lymphocytes: results from the Human MicroNucleus project // Mutat Res. 2003. Vol. 543, N 2. P. 155–166. doi: 10.1016/s1383-5742(03)00013-9
  48. Huang X., Mu M., Wang B., et al. Associations of coal mine dust exposure with arterial stiffness and atherosclerotic cardiovascular disease risk in Chinese coal miners // Int Arch Occup Environ Health. 2024. Vol. 97, N 4. P. 473–484. doi: 10.1007/s00420-024-02062-2
  49. Manna A., Bisoi S., Mandal N.C., Mandal A. An epidemiological study of the risk factors of occupational diseases in coal handling plant of a thermal power station // Indian J Public Health. 2003. Vol. 47, N 2. P. 75–77.
  50. Wang D., Liang R., Yang M., et al. Incidence and disease burden of coal workers’ pneumoconiosis worldwide, 1990–2019: evidence from the Global Burden of Disease Study 2019 // Eur Respir J. 2021. Vol. 58, N 5. ID 2101669. doi: 10.1183/13993003.01669-2021
  51. Vanka K.S., Shukla S., Gomez H.M., et al. Understanding the pathogenesis of occupational coal and silica dust-associated lung disease // Eur Respir Rev. 2022. Vol. 31, N 165. ID 210250. doi: 10.1183/16000617.0250-2021
  52. Alif S.M., Sim M.R., Ho C., Glass D.C. Cancer and mortality in coal mine workers: a systematic review and meta-analysis // Occup Environ Med. 2022. Vol. 79, N 5. P. 347–357. doi: 10.1136/oemed-2021-107498
  53. Idrees F., Batool A.I., Rehman M.F.U., et al. Assessment of genetic damage in coal miners of Punjab, Pakistan // Biol Trace Elem Res. 2023. Vol. 201, N 7. P. 3144–3151. doi: 10.1007/s12011-022-03412-2
  54. Крылов Д.А. Негативное влияние элементов-примесей от угольных ТЭС на окружающую среду и здоровье людей // ГИАБ. 2017. № 12. С. 77–87. EDN: YKWBJQ doi: 10.25018/0236-1493-2017-12-0-77-87
  55. Kaur R., Goyal D. Mineralogical studies of coal fly ash for soil application in agriculture // Particul Sci Technol. 2015. Vol. 33, N 1. P. 76–80. doi: 10.1080/02726351.2014.938378
  56. Chatterjee N., Walker G.C. Mechanisms of DNA damage, repair, and mutagenesis // Environ Mol Mutagen. 2017. Vol. 58, N 5. P. 235–263. doi: 10.1002/em.22087
  57. Huang R., Zhou P.-K. DNA damage repair: historical perspectives, mechanistic pathways and clinical translation for targeted cancer therapy // Signal Transduct Target Ther. 2021. Vol. 6, N 1. ID 254. doi: 10.1038/s41392-021-00648-7
  58. Kvitko K., Bandinelli E., Henriques J.A., et al. Susceptibility to DNA damage in workers occupationally exposed to pesticides, to tannery chemicals and to coal dust during mining // Genet Mol Biol. 2012. Vol. 35, N 4S1. P. 1060–1068. doi: 10.1590/s1415-47572012000600022
  59. Ramírez-Lopera V., Uribe-Castro D., Bautista-Amorocho H., et al. The effects of genetic polymorphisms on benzene-exposed workers: A systematic review // Health Sci Rep. 2021. Vol. 4, N 3. ID e327. doi: 10.1002/hsr2.327

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Параметры микроядерного теста в исследуемых группах, ‰. *p = 0,000001, согласно U-теста Манна–Уитни

Скачать (125KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение частоты встречаемости двухъядерных лимфоцитов с микроядрами у работников угольных теплоэлектростанций в зависимости от стажа работы

Скачать (170KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение частоты встречаемости двухъядерных лимфоцитов с нуклеоплазменными мостами у работников угольных теплоэлектростанций в зависимости от стажа работы

Скачать (169KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение частот встречаемости двухъядерных лимфоцитов с протрузиями у работников угольных теплоэлектростанций в зависимости от стажа работы

Скачать (159KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение частот встречаемости двухъядерных лимфоцитов на стадии митоза у работников угольных теплоэлектростанций в зависимости от стажа работы

Скачать (163KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Показатели микроядерного теста у работников угольных теплоэлектростанций в зависимости от профессиональной специализации: 1 — химический цех; 2 — цех тепловой автоматики и измерений; 3 — административно-управленческий персонал; 4 — топливно-транспортный цех; 5 — ремонтно-строительный цех; 6 — электрический цех. *p < 0,009, согласно критерию Краскела–Уоллиса

Скачать (216KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».