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AbstractAbstract
[en] All life on earth has adapted to an environment where there is a small, persistent, radiation background interacting with cells. Unlike evaluating the clearly harmful effects of high radiation doses, understanding the effects of this low persistent radiation dose on living systems is incredibly difficult. We have attempted to study whether background radiation is an important factor in evolution by conducting identical evolution experiments with Escherichia coli in the Clermont-Ferrand Particle Physics Laboratory and the Modane Underground Laboratory. Despite a 7.3 fold difference in the rate of interactions between the radiation background and cells between the two environments, no significant difference was found in the competitive fitness of the cell populations grown at each location. Using simulations, we showed that the rate at which ionising radiation interacts with cells is one hundred times less frequent than E. coli's mutation rate in our experimental conditions, supporting the contention that natural radiation has no strong evolutionary effect. To further support this conclusion, we developed a mechanistic simulation for DNA damage as part of the Geant4-DNA project. Using this application, we irradiated a model of an E. coli genome, showing that for electron irradiation > 10 keV, the double strand break yield can be reasonably estimated to be between 0.006-0.010 DSB Gy-1 Mbp-1, depending upon the modelling of radical scavenging. This is in agreement with experimental data, further highlighting the small role natural ionising radiation plays as a cause of mutations. (author)
[fr]
La vie sur Terre s'est adaptee a un environnement où il y a un faible et persistent bruit de fond radiatif qui interagit avec les cellules. Loin des effets clairement nocifs des radiations a haute dose, il est difficile d'evaluer et de comprendre les impacts des faibles doses de la radioactivite naturelle sur les systemes vivants. Nous avons tente d'etudier si le bruit de fond radiatif est un facteur important dans l'evolution, en menant des experiences evolutives identiques avec Escherichia coli au Laboratoire de Physique Corpusculaire de Clermont-Ferrand, et au Laboratoire Souterrain de Modane. Malgre une difference d'un facteur 7,3 entre les taux d'interaction des rayonnements ionisants avec les cellules dans les deux laboratoires, aucune difference significative n'a pu etre trouvee dans le fitness competitif des populations cellulaires evoluees dans chaque laboratoire. Par simulation, nous avons montre que le taux d'interaction entre le bruit de fond radiatif et E. coli est cent fois plus faible que le taux de mutations d'origine endemique, ce qui renforce l'hypothese que les radiations naturelles ont peu d'effet sur l'evolution. Dans le cadre du projet Geant4-DNA, nous avons developpe une application complete de simulation mecanistique des dommages radio-induits a l'ADN, afin d'explorer davantage cette hypothese. Avec cette application, on a irradie un modele du genome d'E. coli, montrant que pour l'irradiation par des electrons d'energies > 10 keV, le rendement des cassures double brin est de 0,006-0,010 CDB Gy-1 Mbp-1, selon le modele de piegeage des radicaux chimiques. Ce resultat est en accord avec des donnees experimentales, et souligne plus encore que les radiations ionisantes d'origine naturelle n'ont qu'une contribution mineure aux mutations responsables de l'evolution. (auteur)Original Title
De l'impact a long terme des radiations ionisantes sur les systemes vivants
Primary Subject
Source
5 May 2017; 233 p; 193 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These Docteur d'Universite, Specialite: Physique
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
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Country of publication
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INIS IssueINIS Issue