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.
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.
