Возможности применения ДНК-кометного анализа (обзор литературы)

Для обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения необходим мониторинг среды обитания. В настоящее время существует множество методов определения неблагоприятных факторов, способных влиять на здоровье человека, в том числе нарушать генетические структуры в клетках. Одним из ключевых инструментов в генотоксикологии, который позволяет оценить повреждения ДНК на уровне отдельных клеток, является метод ДНК-кометного анализа. С момента появления в 1980-х годах он претерпел значительные модификации, направленные на повышение чувствительности, специфичности и универсальности. В данном обзоре рассмотрены принципы метода и основные протоколы, модификации классического кометного анализа, способы улучшения детекции разных типов повреждений ДНК и оценки репарационных процессов. Выполнен поиск релевантных исследований, опубликованных в реферативных базах данных Scopus, Web of Science, PubMed, РИНЦ, за период 1984–2024 гг. В обзор включена информация 47 полнотекстовых источников.

Заключение. Метод ДНК-комет становится востребованным инструментом в исследованиях, направленных на обеспечение санитарно-эпидемиологического благополучия, выявление опасных для генетического здоровья населения факторов окружающей и производственной среды, оценку индивидуальной чувствительности клеток человека к генотоксикантам, с целью формирования групп риска и разработки мер профилактики. Новые методики с применением ферментов репарации для специфических типов повреждений и флуоресцентных красителей позволяют оценить процессы восстановления ДНК и типы повреждений. Использование криоконсервации цельной крови и лимфоцитов для последующего ДНК-анализа даёт возможность проводить крупномасштабные долгосрочные эпидемиологические исследования. Автоматизация анализа комет с помощью методов глубокого обучения повысит точность идентификации типов повреждений ДНК, что необходимо для выяснения механизмов действия конкретных веществ.

Участие авторов:
Горенская О.В. – сбор материала и обработка данных, написание текста, редактирование;
Демидова Ю.В. – сбор материала;
Котнова А.П. – сбор материала;
Илюшина Н.А. – дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, написание текста, редактирование.
Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех её частей.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование выполнено в рамках государственного задания № 121090800086-7.

Поступила: 30.06.2025 / Принята к печати: 15.10.2025 / Опубликована: 14.11.2025

1. Дурнев А.Д. Жанатаев А.К., Еремина Н.В. Генетическая токсикология. М.: Миттель Пресс; 2022. https://elibrary.ru/fbwcbt

2. OECD Guidelines for the testing of chemicals. Test No. 486: Unscheduled DNA Synthesis (UDS) Test with Mammalian Liver Cells in Vivo; 1997. Available at: https://oecd.org/content/dam/oecd/en/publications/reports/1997/07/test-no-486-unscheduled-dna-synthesis-uds-test-with-mammalian-liver-cells-in-vivo_g1gh2977/9789264071520-en.pdf

3. OECD Guidelines for the testing of chemicals. Test No. 482: Genetic Toxicology: DNA Damage and Repair, Unscheduled DNA Synthesis in Mammalian Cells in vitro; 1986. Available at: https://oecd.org/en/topics/sub-issues/testing-of-chemicals/replaced-and-deleted-test-guidelines.html

4. Azqueta A., Collins A.R. The essential comet assay: a comprehensive guide to measuring DNA damage and repair. Arch. Toxicol. 2013; 87(6): 949–68. https://doi.org/10.1007/s00204-013-1070-0

5. Rajendran M.S., Prabhakaran R., Vignesh S., Nagarathinam B. Comet assay: is it a sensitive tool in ecogenotoxicology? In: Gothandam K.M., Srinivasan R., Ranjan S., Dasgupta N., Lichtfouse E., eds. Environmental Biotechnology Volume 4. Environmental Chemistry for a Sustainable World, vol. 68. Cham: Springer; 2021: 181–99. https://doi.org/10.1007/978-3-030-77795-1_6

6. Milić M., Ceppi M., Bruzzone M., Azqueta A., Brunborg G., Godschalk R., et al. The hCOMET project: International database comparison of results with the comet assay in human biomonitoring. Baseline frequency of DNA damage and effect of main confounders. Mutat. Res. Rev. Mutat. Res. 2021; 787: 108371. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2021.108371

7. Collins A., Koppen G., Valdiglesias V., Dusinska M., Kruszewski M., Møller P., et al. The comet assay as a tool for human biomonitoring studies: the ComNet project. Mutat. Res. Rev. Mutat. Res. 2014; 759: 27–39. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2013.10.001

8. Collins A., Møller P., Gajski G., Vodenková S., Abdulwahed A., Anderson D., et al. Measuring DNA modifications with the comet assay: a compendium of protocols. Nat. Protoc. 2023; 18(3): 929–89. https://doi.org/10.1038/s41596-022-00754-y

9. Møller P., Loft S. Oxidative damage to DNA and lipids as biomarkers of exposure to air pollution. Environ. Health Perspect. 2010; 118(8): 1126–36. https://doi.org/10.1289/ehp.0901725

10. Жанатаев А.К., Дурнев А.Д., Середенин С.Б. Метод ДНК-комет в генотоксикологических исследованиях. Гигиена и санитария. 2011; 90(5): 86–90. https://elibrary.ru/ohikpp

11. Ostling O., Johanson K.J. Microelectrophoretic study of radiation-induced DNA damages in individual mammalian cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1984; 123(1): 291–8. https://doi.org/10.1016/0006-291x(84)90411-x

12. Singh N.P., McCoy M.T., Tice R.R., Schneider E.L. A simple technique for quantitation of low levels of DNA damage in individual cells. Exp. Cell Res. 1988; 175(1): 184–91. https://doi.org/10.1016/0014-4827(88)90265-0

13. Bohn M., Heermann D.W. Diffusion-driven looping provides a consistent framework for chromatin organization. PLoS One. 2010; 5(8): e12218. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0012218

14. Dittmer T.A., Misteli T. The lamin protein family. Genome Biol. 2011; 12(5): 222. https://doi.org/10.1186/gb-2011-12-5-222

15. Tice R.R., Agurell E., Anderson D., Burlinson B., Hartmann A., Kobayashi H., et al. Single cell gel/comet assay: guidelines for in vitro and in vivo genetic toxicology testing. Environ. Mol. Mutagen. 2000; 35(3): 206–21. https://vk.cc/cR4KWd

16. Collins A.R. The comet assay for DNA damage and repair: principles, applications, and limitations. Mol. Biotechnol. 2004; 26(3): 249–61. https://doi.org/10.1385/MB:26:3:249

17. Kumaravel T.S., Jha A.N. Reliable Comet assay measurements for detecting DNA damage induced by ionising radiation and chemicals. Mutat. Res. 2006; 605(1–2): 7–16. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2006.03.002

18. Møller P., Azqueta A., Boutet-Robinet E., Koppen G., Bonassi S., Milić M., et al. Minimum Information for Reporting on the Comet Assay (MIRCA): recommendations for describing comet assay procedures and results. Nat. Protoc. 2020; 15(12): 3817–26. https://doi.org/10.1038/s41596-020-0398-1

19. Valverde M., Rojas E. Environmental and occupational biomonitoring using the Comet assay. Mutat. Res. 2009; 681(1): 93–109. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2008.11.001

20. Ladeira C., Koppen G., Scavone F., Giovannelli L. The comet assay for human biomonitoring: Effect of cryopreservation on DNA damage in different blood cell preparations. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2019; 843: 11–7. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2019.02.002

21. Ladeira C., Møller P., Giovannelli L., Gajski G., Haveric A., Bankoglu E.E., et al. The comet assay as a tool in human biomonitoring studies of environmental and occupational exposure to chemicals – a systematic scoping review. Toxics. 2024; 12(4): 270. https://doi.org/10.3390/toxics12040270

22. Russo C., Acito M., Fatigoni C., Villarini M., Moretti M. B-comet assay (comet assay on buccal cells) for the evaluation of primary DNA damage in human biomonitoring studies. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020; 17(24): 9234. https://doi.org/10.3390/ijerph17249234

23. Owiti N.A., Kaushal S., Martin L., Sly J., Swartz C.D., Fowler J., et al. Using the HepaCometChip assay for broad-spectrum DNA damage analysis. Curr. Protoc. 2022; 2(9): e563. https://doi.org/10.1002/cpz1.563

24. Russo P., Lamonaca P., Milic M., Rojas E., Prinzi G., Cardaci V., et al. Biomarkers of DNA damage in COPD patients undergoing pulmonary rehabilitation: Integrating clinical parameters with genomic profiling. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2019; 843: 111–7. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2019.04.003

25. Gajski G., Gerić M., Živković Semren T., Tariba Lovaković B., Oreščanin V., Pizent A. Application of the comet assay for the evaluation of DNA damage from frozen human whole blood samples: Implications for human biomonitoring. Toxicol. Lett. 2020; 319: 58–65. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2019.11.010

26. Plitta-Michalak B.P., Ramos A., Stepien D., Trusiak M., Michalak M. The comet assay as a method for assessing DNA damage in cryopreserved samples. Cryo. Letters. 2024; 45(1): 1–15.

27. Koppen G., De Prins S., Jacobs A., Nelen V., Schoeters G., Langie S.A.S. The comet assay in human biomonitoring: cryopreservation of whole blood and comparison with isolated mononuclear cells. Mutagenesis. 2018; 33(1): 41–7. https://doi.org/10.1093/mutage/gex034

28. Dalberto D., Nicolau C.C., Garcia A.L.H., Nordin A.P., Grivicich I., Silva J.D. Cytotoxic and genotoxic evaluation of cotinine using human neuroblastoma cells (SH-SY5Y). Genet. Mol. Biol. 2020; 43(2): e20190123. https://doi.org/10.1590/1678-4685-GMB-2019-0123

29. Bonassi S., Ceppi M., Møller P., Azqueta A., Milić M., Neri M., et al. DNA damage in circulating leukocytes measured with the comet assay may predict the risk of death. Sci. Rep. 2021; 11(1): 16793. https://doi.org/10.1038/s41598-021-95976-7

30. Muruzabal D., Sanz-Serrano J., Sauvaigo S., Gützkow K.B., López de Cerain A., Vettorazzi A., et al. Novel approach for the detection of alkylated bases using the enzyme-modified comet assay. Toxicol. Lett. 2020; 330: 108–17. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2020.04.021

31. Meng T., Zhang M., Song J., Dai Y., Duan H. Development of a co-culture model of mouse primary hepatocytes and splenocytes to evaluate xenobiotic genotoxicity using the medium-throughput Comet assay. Toxicol. In Vitro. 2020; 66: 104874. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2020.104874

32. Pellegri V., Gorbi G., Buschini A. DNA damage detection by Comet Assay on Daphnia magna: Application in freshwater biomonitoring. Sci. Total. Environ. 2020; 705: 135780. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135780

33. Dusinska M., Collins A.R. Detection of oxidised purines and UV-induced photoproducts in DNA of single cells, by inclusion of lesion-specific enzymes in the comet assay. Altern. Lab. Anim. 1996; 24(3): 405–11.

34. Алексеева И.В., Бакман А.С., Яковлев Д.А., Кузнецов Н.А., Федорова О.С. Сравнительный анализ активности полиморфных вариантов урацил-ДНК-гликозилаз человека SMUG1 и MBD4. Молекулярная биология. 2021; 55(2): 277–88. https://doi.org/10.31857/S0026898421020026 https://elibrary.ru/ftnumq

35. Catala G.N., Bestwick C.S., Russell W.R., Tortora K., Giovannelli L., Moyer M.P., et al. Folate, genomic stability and colon cancer: The use of single cell gel electrophoresis in assessing the impact of folate in vitro, in vivo and in human biomonitoring. Mutat. Res. Toxicol. Environ. Mutagen. 2019; 843: 73–80. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2018.08.012

36. Holá M., Vágnerová R., Angelis K.J. Mutagenesis during plant responses to UVB radiation. Plant. Physiol. Biochem. 2015; 93: 29–33. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2014.12.013

37. Илюшина Н.А., Егорова О.В., Котнова А.П., Горенская О.В., Аверьянова Н.С. Схема «Процедура проведения ДНК-кометного анализа для выявления модифицированных оснований и АР-сайтов в ДНК». Патент РФ 146952; 2025. https://elibrary.ru/ylwpbp

38. Azqueta A., Langie S.A.S., Boutet-Robinet E., Duthie S., Ladeira C., Møller P., et al. DNA repair as a human biomonitoring tool: Comet assay approaches. Mutat. Res. Rev. Mutat. Res. 2019; 781: 71–87. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2019.03.002

39. Ngo L.P., Owiti N.A., Swartz C., Winters J., Su Y., Ge J., et al. Sensitive CometChip assay for screening potentially carcinogenic DNA adducts by trapping DNA repair intermediates. Nucleic Acids Res. 2020; 48: e13–e13. https://doi.org/10.1093/nar/gkz1077

40. Wentzel J.F., Gouws C., Huysamen C., Dyk Ev., Koekemoer G., Pretorius P.J. Assessing the DNA methylation status of single cells with the comet assay. Anal. Biochem. 2010; 400(2): 190–4. https://doi.org/10.1016/j.ab.2010.02.008

41. Townsend T.A., Parrish M.C., Engelward B.P., Manjanatha M.G. The development and validation of EpiComet-Chip, a modified high-throughput comet assay for the assessment of DNA methylation status. Environ. Mol. Mutagen. 2017; 58: 508–21. https://doi.org/10.1002/em.22101

42. Danson S., Ranson M., Denneny O., Cummings J., Ward T.H. Validation of the comet-X assay as a pharmacodynamic assay for measuring DNA cross-linking produced by the novel anticancer agent RH1 during a phase I clinical trial. Cancer Chemother. Pharmacol. 2007; 60(6): 851–61. https://doi.org/10.1007/s00280-007-0432-9

43. Shaposhnikov S., Azqueta A., Henriksson S., Meier S., Gaivão I., Huskisson N.H., et al. Twelve-gel slide format optimised for comet assay and fluorescent in situ hybridisation. Toxicol. Lett. 2010; 195(1): 31–4. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2010.02.017

44. Elje E., Hesler M., Rundén-Pran E., Mann P., Mariussen E., Wagner S., et al. The comet assay applied to HepG2 liver spheroids. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2019; 845: 403033. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2019.03.006

45. Møller P., Knudsen L.E., Loft S., Wallin H. The comet assay as a rapid test in biomonitoring occupational exposure to DNA-damaging agents and effect of confounding factors. Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. 2000; 9(10): 1005–15.

46. Azqueta A., Ladeira C., Giovannelli L., Boutet-Robinet E., Bonassi S., Neri M., et al. Application of the comet assay in human biomonitoring: An hCOMET perspective. Mutat. Res. Rev. Mutat. Res. 2020; 783: 108288. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2019.108288

47. Softić A., Merdović N., Dlakić V., Mrđanović E., Mahmutović L., Ler D., et al. Comet Assay in the Digital Era: A Review of the Use of Artificial Intelligence for the Analysis of DNA Damage Based on the Results of the Comet Assay. In: Jarm T., Šmerc R., Mahnič-Kalamiza S., eds. 9th European Medical and Biological Engineering Conference. IFMBE Proceedings, vol 112. Cham: Springer; 2024. https://doi.org/10.1007/978-3-031-61625-9_20