​Учёные из НИИ биологии Иркутского государственного университета совместно с коллегами из финского Университета Оулу впервые продемонстрировали возможность in-vivo (прижизненного) сканирования физиологического состояния живого организма в стрессовых условиях на примере эндемичных байкальских рачков-амфипод. Результаты исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports престижного научного издательства Nature Publishing Group.


биомаркер Общая схема подготовки микроинкапсулированных биомаркеров

Исследователи применили молекулярные оптические сенсоры, заключённые в полупроницаемые микрокапсулы, которые были введены в гемолимфу («кровь») подопытных байкальских рачков-амфипод. В зависимости от того, находился ли рачок в состоянии стресса или в состоянии нормы, изменялся уровень кислотности его гемолимфы, а микроскопические сенсоры очень тонко реагировали на изменения этого уровня.

Изменения флуоресцентного сигнала, зависящие от изменения уровня рН гемолимфы, исследователи непрерывно снимали с помощью базового флуоресцентного микроскопа, сопряжённого со спектрометром.

«Традиционно для того чтобы померить изменение того или иного метаболического параметра у небольших организмов (а это большинство тест-объектов в научных исследованиях), их необходимо умертвить и далее провести соответствующие анализы. Предложенная в работе методика позволяет делать непрерывный скрининг метаболизма, не умерщвляя и не оказывая на организм какого-либо негативного воздействия», – прокомментировал директор НИИ биологии ИГУ, соавтор описанной методики Максим Тимофеев.

Работа выполнена на базе лаборатории экофотоники и биосенсорики, созданной в НИИ биологии ИГУ благодаря гранту Российского научного фонда (РНФ). Исследования в этом направлении ведутся совместно с коллегами из Университета Оулу, а также при поддержке группы профессора Антона Садового из сингапурского Института исследования материалов и инжиниринга A*STAR.

Приглашённый руководитель лаборатории экофотоники и биосенсорики профессор Университета Оулу Игорь Меглинский – один из соавторов метода – рассказал о задачах данного направления своей деятельности: «Водные организмы, особенно эндемичные обитатели озера Байкал чрезвычайно чувствительны к изменению температуры воды, загрязнению её чем-либо, варьирования концентрации кислорода и т.п.

Метаболические изменения этих организмов вполне можно использовать в качестве высокочувствительных стресс-маркеров состояния окружающей среды. Весь вопрос в том, что учёные до сих пор не могут точно понять, когда эти организмы хорошо или плохо себя чувствуют. Разрабатываемые нами методы позволяют считывать то, что чувствуют наши водные друзья.

Сейчас мы уже способны помещать флуоресцентные микросенсоры внутрь водного организма, например, вместе с едой или методом инъекции, и по изменению флуоресценции можем судить о том, как организм реагирует на то или иное внешнее воздействие.

Конечно, мы ещё не в состоянии уловить все гаммы «чувств» (а точнее, изменений биохимических процессов в организме), но уже c высокой степенью точности можем определять реакцию на изменение кислотности, кислорода, температуры и ряда других важнейших показателей метаболизма.

Однако это первые шаги. В дальнейшем мы собираемся использовать специфические наночастицы, графен, возможно, метаматериалы и их комбинации. Пока стараемся понять, как можно использовать новые микросенсоры на основе новых нано- и микроматериалов для изучения стресс-устойчивости флоры и фауны Байкала, ищем новые возможности изучения фундаментальных биологических вопросов, например, старения».

Описанная методика, по мнению авторов исследования, не только существенно расширяет имеющийся инструментарий в области физиологии стресса и экологического мониторинга озера Байкал, но и сможет в ближайшей перспективе лечь в основу целого направления новейших методов, в том числе и для разнообразных биомедицинских и технологических применений.

Анна Горбатова

Источники

Метаболизм рачков-амфипод как маркер экологии Байкала
Наука и технологии РФ (strf.ru), 07/11/2016

Похожие новости

  • 28/02/2017

    Российские биологи исследовали видообразование у байкальских рачков-бокоплавов

    ​Сотрудники факультета биоинженерии и биоинформатики (ФББ) МГУ имени М.В.Ломоносова вместе с коллегами из Байкальского музея СО РАН, Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии и Университета Восточного Теннесси прочитали транскриптомы рачков-богоплавов из озера Байкал и проследили процесс их быстрого видообразования.
    1603
  • 18/01/2019

    На Байкале собираются создать научно-технический центр медицинских инноваций

    ​Иркутский и Бурятский научные центры СО РАН и ИРНИТУ намерены организовать Байкальский научно-технический центр медицинских инноваций – площадку для исследований в области биотехнологий, разработки новых методик лечения заболеваний и лекарств, в том числе на основе тибетской медицины.
    657
  • 19/06/2018

    Байкал активно загрязняется микропластиком

    ​Ученые МГУ проанализировали собранные в Байкале пробы и пришли к неутешительному выводу: озеро загрязнено микропластиком. Результаты исследования опубликованы на сайте "Берега России". Много или мало? Специалисты изучили пробы воды, взятой возле Танхоя, Нового Энхалука и Бабушкина.
    714
  • 11/07/2019

    В экспедиции «Байкал - жемчужина мира» участвуют студенты и преподаватели из КНР

    ​В ИРНИТУ 10 июля стартовала российско-китайская экспедиция «Байкал – жемчужина мира», организованная коллективом Института недропользования.   В исследовательском проекте задействованы 79 человек, в том числе 56 студентов и девять преподавателей Нанкинского университета, а также две школьницы из провинций Хубэй и Фуцзянь (КНР).
    152
  • 23/08/2017

    Ученые и студенты со всего мира исследуют Байкал

    ​Студенты и ученые из России, Японии и Франции исследуют дно Байкала. Их находка поможет пополнить природные богатства еще на долгие годы. Здесь нет льдов, белых медведей и пингвинов, но для будущих исследователей Арктики Байкал - словно тренировочный полигон.
    1528
  • 14/06/2017

    Сотрудники ИРНИТУ и ВСЕГЕИ будут изучать геологические процессы на Байкале

    ​Сотрудники ИРНИТУ, Всероссийского научно-исследовательского геологического института им. А. П. Карпинского (ВСЕГЕИ, г. Санкт-Петербург) и Лимнологического института СО РАН 13 июня отправились в экспедицию по изучению особенностей проявления опасных геологических процессов, связанных с природной миграцией углеводородов.
    1417
  • 22/06/2017

    Студенты ИРНИТУ представят экологические проекты на Международном форуме «Байкал»

    ​X Международный молодежный форум "Байкал" стартовал 20 июня в Ольхонском районе Иркутской области. В этом году он посвящен Году экологии в России, и одним из крупнейших событий мероприятия стала Всероссийская научно-практическая конференция "Экологические проблемы регионов".
    1203
  • 29/05/2019

    Иммунная система байкальских рачков мешает их изучению

    ​Учёные из НИИ биологии ИГУ изучают процессы накопления тяжёлых металлов в тканях байкальских эндемиков, чтобы предсказать возможные последствия для экосистемы озера. Проект стал одним из победителей конкурса «Байкальские инициативы».
    178
  • 30/08/2016

    Летняя франко-российская школа «К берегам Байкала. Озеро: от пейзажа до концепции»

    ​С 26 по 28 августа в Бурятском государственном университете проходила Международная научная франко-российская школа "К берегам Байкала. Озеро: от пейзажа до концепции". Первая часть школы проходила в Иркутском государственном университете с 22 по 24 августа, 25 августа на базе Байкальского государственного биосферного заповедника и вторая часть школы прошла на базе Бурятского государственного университета с 26 по 28 августа совместно с Университетом Париж-8 (Франция), при поддержке Министерства высшего образования и науки Французской Республики, Российского центра культуры и науки (Париж), Центра франко-российских исследований в Москве.
    1514
  • 17/08/2016

    Рем Хлебопрос: не надо строить ГЭС в бассейне Байкала

    ​Доктор физико-математических наук, профессор Сибирского федерального университета Рем Хлебопрос считает, что риск ошибки при строительстве любого промышленного объекта в зоне Байкала полностью ликвидировать невозможно.
    1188