Impact of electromagnetic uhf radiation on genome destabilization in bone marrow cell of rat strains with contrast nervous system excitability

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Сhromosomal machinery of highly excited animals with low threshold of the nervous system excitability (LT strain) is more susceptible to the damaging effect of high frequency EMR compared against the animals with high threshold of the nervous system excitability (HT strain). High nervous system excitability determines greater decrease in chromosome aberrations level in the presence of additional reflecting elements – Aires Defender Pro resonators under UHF-waves of standard Wi-Fi router. It is shown that the genotype of animals and the functional state of their nervous system affect susceptibility to the UHF EMR and the action of resonators.

About the authors

Natalia A. Dyuzhikova

Pavlov Institute of Physiology RAS

Author for correspondence.
Email: dyuzhikova@infran.ru
ORCID iD: 0000-0002-7550-118X
Scopus Author ID: 6603486439
ResearcherId: J-7202-2018

Dr. Sci. (Biol.), Head of Lab of Genetics of Higher Nervous Activity

Russian Federation, 6, Makarova street, St.Petersburg, 199034

Alexander I. Vaido

Pavlov Institute of Physiology RAS

Email: vaidoai@infran.ru
SPIN-code: 1323-5153

Dr. Sci. (Biol.), Chief Research Scientist

6, Makarova street, St.Petersburg, 199034

Eugene V. Daev

Pavlov Institute of Physiology RAS; Saint Petersburg State University

Email: e.daev@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2036-6790
SPIN-code: 8926-6034
Scopus Author ID: 6701779129
ResearcherId: D-1165-2013

Leading Scientific Researcher; Dr. Sci. (Biol.) Professor

Russian Federation, 6, Makarova street, St.Petersburg, 199034; 7/9, Universitetskaya embankment, Saint-Petersburg, 199034

Alexander V. Kopyltsov

Saint Petersburg State Electrotechnical University; Saint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation

Email: kopyl_2001@mail.ru

Dr. Sci. (Eng.), Professor; Professor

Russian Federation, 5, Professor Popov street, Saint-Petersburg, 197376; 67, Bolshaya Morskaia street, Saint-Petersburg, 190000

Sergey V. Surma

Pavlov Institute of Physiology RAS

Email: surmasv@infran.ru

PhD, Research Scientist

Russian Federation, 6, Makarova street, St.Petersburg, 199034

Boris F. Shchegolev

Pavlov Institute of Physiology RAS

Email: shcheg19@infran.ru

PhD, Senior Research Scientist

Russian Federation, 6, Makarova street, St.Petersburg, 199034

Igor N. Serov

Aires Human Genome Foundation

Email: director@aires.fund

President

Russian Federation, Lit. A, Vyborgskaya emb., St. Petersburg, 197342

References

  1. Серов И.Н., Копыльцов А.В., Лукьянов Г.Н. Взаимодействие полупроводниковой пластины с самоаффинным рельефом поверхности с электромагнитным излучением // Нанотехника. – 2006. – № 4. – С. 44–49. [Serov IN, Kopyltsov AV, Lukyanov GN. Interaction of a semiconductor plate with a self-affine surface relief with electromagnetic radiation. Nanotechnology. 2006;(4):44-49. (In Russ.)]
  2. Крюков В.И. Генетические эффекты электромагнитных полей // Вестник новых медицинских технологий. – 2000. – Т. VII. – № 2. – С. 8–13. [Kryukov VI. Genetic effects of electromagnetic fields. Bulletin of new medical technologies. 2000; VII(2):8-13. (In Russ.)]
  3. Дейнекина Т.А. Влияние электромагнитных полей на цитофизиологические параметры клеток животных и человека. Автореф. дис. … канд. биол. наук. – Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т; 2002. – 24 c. [Deinekina TA. Effect of electromagnetic fields on the cytophysiological parameters of cells in animals and humans. [dissertation] Rostov-na-Donu: Rost. gos. un-t; 2002. 24 р. (In Russ.)]. Доступно по: https://search.rsl.ru/ru/record/01002898199. Ссылка активна на 14.01.2019.
  4. Бойко О.В., Лантушенко А.О., Лукьянчук Г.А., и др. Влияние микроволнового излучения на частотах мобильной связи и сети WIMAX на состояние хроматина клеток буккального эпителия человека. Серия «Биология, химия» // Учебные записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. – 2011. – Т. 23. – № 4. – С. 56–65. [Boyko OV, Lantushenko AO, Lukyanchuk GA, et al. Influence of microwave radiation on mobile communication frequencies and WIMAX network on the chromatin state of cells of buccal epithelium of man. Series “Biology, Chemistry”. Instructional notes of the Taurida National V. Vernadsky University. 2011;23(4):56-65. (In Russ.)]
  5. Гапеев А.Б. Физико-химические механизмы действия электромагнитного излучения крайне высоких частот на клеточном и организменном уровнях: Автореф. дис. … д-ра физ.-мат. наук. – Пущино: Ин-т теорет. и эксперим. биофизики РАН, 2006. – 48 c. [Gapeyev AB. Physicochemical mechanisms of the action of electromagnetic radiation of extremely high frequencies at the cellular and organism levels. [dissertation] Pushchino: In-t teoret. i eksperim. biofiziki RAN; 2006. 48 р. (In Russ.)]. Доступно по: https://search.rsl.ru/ru/record/01003278794. Ссылка активна на 24.01.2019.
  6. Garaj-Vrhovac V, Fucic A, Horvat D. The correlation between the frequenc of micronuclei and specific chromosome aberrations in human lymphocytes exposed to microwave radiation in vitro. Mutat Res. 1992;281(3):181-186. https://doi.org/10.1016/0165-7992(92)90006-4.
  7. Тice R, Hook G, McRee DI. Chromosome aberrations from exposure to cell phone radiation. Microwave News. 1999;7-8:7.
  8. Tice RR, Hook GG, Donner M, et al. Genotoxicity of radiofrequency signals. I. Investigation of DNA damage and micronuclei induction in cultured human blood cells. Bioelectromagnetics. 2002;23(2):113-126. https://doi.org/10.1002/bem.104.
  9. Гапеев А.Б., Чемерис Н.К. Действие непрерывного и модулированного ЭМИ КВЧ на клетки животных Физико-химические механизмы действия электромагнитного излучения крайне высоких частот на клеточном и организменном уровнях. Обзор. Часть IV. Биологические эффекты модулированных электромагнитных излучений // Вестник новых медицинских технологий. – 2000. – Т. 7. – № 3–4. – С. 61–64. [Gapeyev AB, Chemeris NK. The effect of continuous and modulated EMI EHF on animal cells Physico-chemical mechanisms of the action of electromagnetic radiation of extremely high frequencies at the cellular and organism levels. Overview. Part IV. Biological effects of modulated electromagnetic radiation. Bulletin of New Medical Technologies. 2000;7(3-4):61-64. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1081/jbc-100100294.
  10. Гапеев А.Б., Соколов П.А., Чемерис Н.К. Модельный анализ особенностей действия модулированных электромагнитных полей на клеточном уровне при различных параметрах модулирующих сигналов // Биофизика. – 2001. – Т. 46. – № 4. – С. 661–675. [Gapeyev AB, Sokolov PA, Chemeris NK. Model analysis of the features of the action of modulated electromagnetic fields at the cellular level for various parameters of modulating signals. Biophysics. 2001;46(4):661-675. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1081/jbc-100103163.
  11. Вайдо А.И. Физиолого-генетический анализ возбудимости нервной системы и поведения лабораторной крысы: Дис. … д-ра биол. наук. – СПб., 2000. – 197 c. [Vaido AI. Physiological and genetic analysis of the excitability of the nervous system and the behavior of the laboratory rat. [dissertation] Sankt-Peterburg; 2000. 197 р. (In Russ.)]. Доступно по: https://search.rsl.ru/ru/record/01000262039. Ссылка активна на 12.12.2018.
  12. Вайдо А.И., Ситдиков М.Х. Селекция линий крыс по долгосрочному порогу возбудимости нервно-мышечного аппарата // Генетика. – 1979. – Т. ХV. – № 1. – С. 144–148. [Vaido AI, Sitdikov MH. Selection of rat lines along the long-term threshold of the excitability of the neuro-muscular apparatus. Genetics. 1979; ХV(1):144-148. (In Russ.)]
  13. Вайдо А.И., Дюжикова Н.А., Ширяева Н.В., и др. Системный контроль молекулярно-клеточных и эпигенетических механизмов долгосрочных последствий стресса // Генетика. – 2009. – Т. 45. – № 3. – С. 342–348. [Vaido AI, Dyuzhikova NA, Shiryaeva NV, et al. Systemic control of molecular-cellular and epigenetic mechanisms of long-term consequences of stress. Genetics. 2009;45(3):342-348. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/s1022795409030065.
  14. Дюжикова Н.А., Скоморохова Е.Б., Вайдо А.И. Эпигенетические механизмы формирования постстрессорных состояний // Успехи физиологических наук. – 2015. – Т. 45. – № 1. – С. 47–74. [Dyuzhikova NA, Skomorokhova EB, Vaido AI. Epigenetic mechanisms in post-stress states. Uspehi physiol nauk. 2015;45(1):47-74. (In Russ.)]
  15. Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Марголин В.И., и др. Исследование фрактальных структур Си, полученных методом ионного магнетронного распыления // Конструкции из композиционных материалов. – 2005. – № 4. – С. 53–62. [Zhabrev VA, Lukyanov GN, Margolin VI, et al. Investigation of fractal Cu structures obtained by ion magnetron sputtering method. Constructions from composite materials. 2005;(4):53-62 (In Russ.)]. https://doi.org/10.1109/phycon.2005.1514091.
  16. Макаров В.Б., Сафронов В.В. Цитогенетические методы анализа хромосом. – М.: Наука; 1978. – 85 с. [Makarov VB, Saphronov VV. Tsitogeneticheskie metody analiza khromosom. Moscow: Nauka; 1978. 85 р. (In Russ.)]
  17. Даев Е.В., Казарова В.Э., Выборова А.М., Дукельская А.В. Влияние феромоноподобных пиразинсодержащих соединений на стабильность генетического аппарата в клетках костного мозга самцов домовой мыши Mus. Musculus L. // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. – 2009. – Т. 45. – № 5. – С. 486–491. [Daev EV, Kazarova VE, Vyborova AM, Dukel’skaya AV. Effects of “Pheromone-Like” pyrazine-containing compounds on stability of genetic apparatus in bone marrow cells of the male house mouse Mus musculus L. J Evolutionary Biochemistry Physiology. 2009;45(5):486-491. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/s0022093009050053.
  18. Глотов Н.В., Животовский Л.А., Хованов Н.В., Хромов-Борисов Н.Н. Биометрия. – Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1982. – 264 с. [Glotov NV, Zhivotovsky LA, Khovanov NV, Khromov-Borisov NN. Biometrics. Leningrad: Izd-vo Leningr. un-ta; 1982. 264 р. (In Russ.)]
  19. Jasaitis D, Vasiliauskiene V, Miskinis P, et al. Investigation of the circle fractal structure interaction with gigahertz frequency electromagnetic waves. Proceedings of the 12th International Scientific Conference Intelligent Technologies in Logistics and Mechatronies Systems (ITELMS2018). Ed by L.T. Koczy, D. Zostautiene, O. Strikuliene, E. Zacharoviene. Panevezys, Lithuania; 2018. pр. 82-87.
  20. Lai Н. Biological effects of radiofrequency electromagnetic field. Encyclopedia of biomaterials and biomedical engineering. 2nd edition. Ed. by G.E. Wnek, G.L. Bowlin. New-York; London: Informa, healthcare, Taylor and Francis Group; 2005. P. 254-261.
  21. Keangin P, Vafai K, Rattanadecho P. Electromagnetic field effects on biological materials. International Journal Heat Mass Transfer. 2013;65:389-399. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.06.039.
  22. Васильева Е.Г. Механизм влияния электромагнитных полей на живые организмы // Вестник Астраханского государственного технического университета. – 2008. – № 3. – С. 186–191. [Vasil’eva EG. The mechanism of influence of electromagnetic fields on living organisms. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2008;(3):186-191. (In Russ.)]
  23. Шеин А.Г., Никулин Р.Н. Моделирование воздействия низкоэнергетического электромагнитного излучения сверхвысокой частоты на пассивную составляющую ионного транспорта веществ через биологические мембраны // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. – 2004. – № 4. – С. 4–11. [Shein AG, Nikulin RN. Simulation of the low energy electromagnetic radiation of ultrahigh frequency impact on the inactive component of substance ion transport through biological membrane. Biomedical technologies and radioelectronics. 2004;(4):4-11. (In Russ.)]
  24. Бинги В.Н., Савин А.В. Физические проблемы действия слабых магнитных полей на биологические системы // Успехи физических наук. – 2003. – Т. 173. – № 3. – С. 265–300. [Binhi VN, Savin AV. Physical problems of magnetic fields impact on biological systems. Uspehi physich nauk. 2003;173(3):265-300. (In Russ.)]
  25. Shahabi S, Hassanzadeh Taji I, Hoseinnezhaddarzi M, et al. Exposure to cell phone radiofrequency changes corticotrophin hormone levels and histology of the brain and adrenal glands in male Wistar rat. Iran J Basic Med Sci. 2018;21(12):1269-1274. https://doi.org/10.22038/ijbms.2018.29567.7133.
  26. Aguilera A, Garcia-Muse T. Causes of genome instability. Annu Rev Genet. 2013;47:1-32. https://doi.org/10.1146/annurev-genet-111212-133232.
  27. Meijer L, Guidet S, Vogel L. Progress in cell cycle research. Springer Science & Bussines Media; 2012. 284 р.
  28. Achudume A, Onibere B, Aina F, Tchokossa P. Induction of oxidative stress in male rats subchronically exposed to electromagnetic fields at non-thermal intensities. J Electromagnetic Anal Applications. 2010;2(8):482-487. https://doi.org/10.4236/jemaa.2010.28064.
  29. Flint MS, Baum A, Chambers WH, Jenkins FJ. Induction of DNA damage, alteration of DNA repair and transcriptional activation by stress hormones. Psychoneuroendocrinology. 2007;32(5):470-479. https://doi.org/10.1016/j.psyneuen.2007.02.013.
  30. Hara MR, Kovacs JJ, Whalen EJ, et al. A stress response pathway regulates DNA damage through β2-adrenoreceptors and β-arrestin-1. Nature. 2011;477(7346):349-353. https://doi.org/10.1038/nature10368.
  31. Flach J, Bakker ST, Mohrin M, et al. Replication stress is a potent driver of functional decline in ageing hematopoetic stem cells. Nature. 2014;512(7513):198-202. https://doi.org/10.1038/nature13619.
  32. Розенфельд С.В., Того Е.Ф., Михеев В.С., и др. Возрастная динамика частоты хромосомных повреждений у самцов мышей разных линий // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2001. – № 5. – С. 568–570. [Rozenfeld SV, Togo EF, Mikheev VS, et al. Age dynamics of the frequency of chromosomal lesions in male mice of different lines. Bull Exp Biol Med. 2001;5:568-570. (In Russ.)]
  33. Семенов Х.Х., Карнищенко Н.Н, Бескова Т.В., Матвеенко Е.Л. Межвидовые различия в чувствительности клеток костного мозга у мышей и крыс к индукции мутаций тиофосфамидом // Биомедицина. – 2010. – № 5. – С. 26–32. [Semenov KhKh, Karnishchenko NN, Beskova TV, Matveenko EL. Mezhvidovye razlichiya v chuvstvitel’nosti kletok kostnogo mozga u myshei i krys k induktsii mutatsii tiofosfamidom. Biomedicine. 2010;5:26-32. (In Russ.)]
  34. Ковалева О.А. Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих // Цитология и генетика. – 2008. – № 1. – С. 58–72. [Kovaleva OA. Cytogenetic abnormalities in mammalian somatic cells. Cytology Genetics. 2008;(1):58-72. (In Russ.)]
  35. Irons SL, Serra V, Bowler D, et al. The effect of genetic background and dose on non-targeted effects of radiation. Int J Radiat Biol. 2012;88(10):735-742. https://doi.org/10.3109/09553002.2012.715793.
  36. Верещако Г.Г. Влияние электромагнитного излучения мобильных телефонов на состояние мужской репродуктивной системы и потомство. – Минск: Белорусская наука, 2015. – 191 c. [Vereshchakо GG. Vliyanie elektromagnitnogo izlucheniya mobil’nykh telefonov na sostoyanie muzhskoi reproduktivnoi sistemy i potomstvo. Minsk: Belorusskaya nauka; 2015. 191 р. (In Russ.)]
  37. Быковская Н.В., Дюжикова Н.А., Вайдо А.И., и др. Частота хромосомных аберраций, индуцированных стрессорным воздействием и циклофосфаном в клетках костного мозга крыс, селектированных по порогу возбудимости нервной системы // Генетика. – 1994. – Т. 30. – № 9. – С. 1224–1228. [Bykovskaya NV, Dyuzhikova NA, Vaido AI, et al. Frequency of chromosomal aberrations induced by stress and cyclophosphamide in bone marrow cells of rats selected on the excitability threshold of the nervous system. Genetics. 1994;30(9):1224-1228. (In Russ.)]
  38. Дюжикова Н.А., Быковская Н.В., Вайдо А.И., и др. Частота хромосомных нарушений, индуцированных однократным стрессорным воздействием у крыс, селектированных по возбудимости нервной системы // Генетика. – 1996. – Т. 32. – № 6. – С. 851–853. [Dyuzhikova NA, Bykovskaya NV, Vaido AI, et al. Frequency of chromosomal abnormalities induced by a single stress in rats selected by excitability of the nervous system. Genetics. 1996;32(6):851-853. (In Russ.)]
  39. Дюжикова Н.А., Копыльцов А.В., Коршунов К.А., и др. Действие электромагнитного излучения высокой частоты и влияние резонаторов-преобразователей на частоту хромосомных аберраций в клетках костного мозга самцов крыс линии Вистар // Электромагнитные волны и электронные системы. – 2018. – Т. 23. – № 1. – C. 12–18. [Dyuzhikova NA, Kopyltsov AV, Korshunov KA, et al. The effect of high-frequency electromagnetic radiation and the effect of resonator-converters on the frequency of chromosomal aberrations in bone marrow cells of male Wistar rats Electromagnitnije volny i electronnije systemy. 2018;23(1):12-18. (In Russ.)]
  40. Ковешников И.В., Антипенко Е.Н. Об участии тиреоидных гормонов в модификации мутагенного эффекта микроволн // Радиобиология. – 1991. – Т. 31. – № 1. – С. 147–149. [Koveshnikov IV, Antipenko EN. On participation of thyroid hormones in modyfing of mutagenic effects of microwave. Radiobiologiya. 1991;31(1):147-149. (In Russ.)]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The frequency of chromosomal aberrations in the bone marrow cells of male Wistar rats after the action of electromagnetic radiation of the router and resonators. The values of medians, means (short line), quartile boundaries, minimum and maximum values in the analyzed groups are given. C1 — intact rats, C2 — rats placed in a Faraday cage, R, Rzt and R + Rzt — animals subjected to the appropriate effects of the router, resonators or their joint action. * difference from all other options (Mann–Whitney test, p <0.0005)

Download (34KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The frequency of chromosomal aberrations in the bone marrow cells of male rats of strains with high and low thresholds of excitability (highlighted in gray) after the action of electromagnetic radiation from the router and resonators. The designations are the same as for fig. 1. * difference from the C1 and C2 variants of the EP line are reliable (Mann – Whitney test, p <0.0005), # difference from the C1 and C2 variants of the NP line are reliable (Mann–Whitney criterion, p <0.0005)

Download (45KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2019 Dyuzhikova N.A., Vaido A.I., Daev E.V., Kopyltsov A.V., Surma S.V., Shchegolev B.F., Serov I.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies