近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院核能安全所科研人員在構(gòu)建秀麗隱桿線蟲(C.elegans)?納劑量學(xué)模型方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于輻射防護(hù)領(lǐng)域權(quán)威期刊Radiation Physics and Chemistry上。

亞細(xì)胞尺度上的能量沉積情況對輻射生物效應(yīng)具有關(guān)鍵影響，但傳統(tǒng)的劑量學(xué)和微劑量學(xué)難以準(zhǔn)確描述這一過程。因此，需要在納米尺度上研究粒子的徑跡結(jié)構(gòu)，深入探究DNA片段內(nèi)的能量沉積情況以及輻射所致的DNA損傷，并通過分析特定體積內(nèi)產(chǎn)生的電離對數(shù)目概率分布來表征DNA鏈損傷程度，這一研究領(lǐng)域被稱為納劑量學(xué)。秀麗隱桿線蟲是輻射生物學(xué)研究中的重要模式生物，其生殖細(xì)胞損傷與人體DNA損傷過程高度相似，然而目前針對線蟲生殖細(xì)胞的DNA模型仍較為缺乏。

在本研究中，科研人員以線蟲生殖細(xì)胞為研究對象，采取希爾伯特曲線方式構(gòu)建了DNA模型，并考慮了不同的物理構(gòu)造函數(shù)、能量閾值模型和自由基清除距離等參數(shù)，對光子誘導(dǎo)的DNA損傷進(jìn)行分析。最終選取構(gòu)造函數(shù)4、線性能量閾值模型和9 nm自由基清除距離作為光子的模擬參數(shù)。通過GEANT4（一種用于模擬粒子在物質(zhì)中物理過程的軟件）-DNA量化了雙鏈斷裂（Double Strand Break，DSB）的產(chǎn)生，在¹³⁷Cs輻照劑量為10 Gy時(shí)，誘導(dǎo)的DSBs數(shù)目是31.6±2.2。

科研人員進(jìn)一步比較了¹³⁷Cs輻射在不同劑量下誘導(dǎo)的DSBs數(shù)量與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，依據(jù)靶理論提出了與劑量相關(guān)的線蟲生殖細(xì)胞DSBs的損傷修復(fù)模型；對總DSB損傷和DSB簇?fù)p傷與修復(fù)過程進(jìn)行了擬合。在應(yīng)用上述兩種DNA損傷的修復(fù)擬合后，結(jié)果與現(xiàn)有生物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匹配良好(R²>0.950)。

該研究工作為理解電離輻射誘導(dǎo)的生物效應(yīng)提供了重要手段。核能安全所碩士研究生季濤濤為論文第一作者，副研究員徐照為該論文的通訊作者。

文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2024.112415

圖1 線蟲生殖細(xì)胞細(xì)胞核模型

圖2 線蟲生殖細(xì)胞DNA的DSB簇. （A）原始損傷（B）修復(fù)后