Впервые на животных продемонстрирована возможность неинвазивной оценки
важнейшего биологического процесса – пищеварения. Результаты опубликованы в
Microchemical Journal
Цвет до сих пор не рассматривали в качестве существенного показателя
функционального состояния живого организма. Это связано со сложностью точной
количественной характеристики цвета, определения его соответствия известным
физическим параметрам. Несмотря на развитие цифровой техники, в частности,
появление так называемых калибраторов мониторов (цифровых
микроспектрофотометров), которые позволяют измерять спектральные и цветовые
характеристики поверхности объекта, в современной биологии цвет объекта
характеризуется лишь в ходе спектрального анализа классическими аналитическими
методами с растворением образца и измерением спектров его составляющих.
Группа ученых Института теоретической и
экспериментальной биофизики РАН и МГУ им. М.В. Ломоносова вышла за рамки
этой стандартной в биологии модели
определения цвета и впервые на простых животных – планариях – показала, что
отдельные фундаментальные процессы в живых организмах можно оценить неинвазивно
– при помощи регистрации их цветовых характеристик. В частности, таким способом
удалось изучить работу кишечника планарии - без проникновения во внутреннюю
полость органа.
В эксперименте червей помещали в каплях воды на лист
белой бумаги, после чего воду максимально удаляли, а к животным прикладывали
окно регистратора спектрофотометра-калибратора мониторов GretagMacbethEye-One,
который через несколько секунд выдавал результат – спектр отражения объекта.
Полученный спектр, также с помощью дополнительных функций спектрофотометра,
впоследствии можно связать с цветом.
Комментирует один из авторов статьи, старший научный
сотрудник ИТЭБ РАН Харлампий Тирас:
«Мы кормили планарий разной по цвету и спектру пищей:
мотылем, в котором доминирует красный цвет от окси-гемоглобина, и куколками
мучного хрущака, у которого лимфа белесого цвета, поскольку их кормят отрубями.
Путем измерения параметров спектра отражения индивидуальной планарии мы
наблюдаем, как падает величина показателя гемоглобина (длина волны максимума
спектра поглощения гемоглобина известна – 560 нм, при помощи прибора мы
измеряли величину коэффициента отражения планарии в данной точке спектра по
мере переваривания пищи). Отсюда легко оценить динамику пищеварения: сколько
гемоглобина переварено на первый, второй и третий день после кормления.
Принципиальный момент «моей» биологии – неинвазивная регистрация на уровне
целого организма, то есть мы регистрируем процесс по мере его протекания, а не
фиксируем его этапы, как это делает классическая биохимия».
Смысл этих измерений – как раз в демонстрации возможности неинвазивной оценки пищеварения у
планарий. Важно и то, что у этих животных переваривание пищи осуществляется
методом фагоцитоза, то есть поглощением еды всеми клетками организма (кроме
нервных). Этот же процесс - фагоцитоз - является важнейшей основой
функционирования иммунной системы человека, ответственной за «поглощение»
чужеродных клеток в организме – вирусов, бактерий, собственных измененных
клеток и других нежелательных агентов. В данном случае планарии оказались
удобной моделью для изучения и контроля фагоцитоза in vivo.
Проецировать результаты, полученные на планариях, на
человека, конечно, пока рано. Черви сейчас «работают» для снабжения науки новыми
знаниями о возможном протекании в живом организме фундаментальных процессов, в
частности, пищеварения, и вероятной связи этих процессов с цветом живых
объектов.
Тем не менее, в планах исследователей проверить теорию
на других животных – сначала на головастиках и лягушках, у которых пигментация
играет важную роль, а потом на мышах и крысах. В существующем виде система
может найти применение на этапе перед классическими доклиническими
исследованиями, проводимыми на высших животных.
«В настоящее время мы разрабатываем метод
неинвазивного введения в планарий различных химических веществ - стимуляторов и
ингибиторов фагоцитоза, что позволит создать систему быстрого скрининга такого
рода молекул для дальнейшего применения в доклинических исследованиях. Мы также
стараемся убедить медиков использовать данную тест-систему и валидировать наш
подход, пока успеха не добились, но прогресс уже виден – медики начинают
понимать, что простые модели на беспозвоночных животных полезны для научной
работы. Это альтернативная система на первых этапах скрининга,- отмечает Харлампий Тирас.
По мнению ученого, также большие перспективы данный
подход имеет в области физиологии растений - его применение позволит
регистрировать их состояние прямо в полевых условиях, не разрушая объект, что
актуально, например, для краснокнижных растений. Не исключено, что в будущем
новые знания будут работать и применительно к человеку, - по меньшей мере, для
неинвазивной диагностики заболеваний пищеварительной системы. Если удастся
обеспечить корректную стандартизацию метода, вероятно, он станет основой для
развития нового направления в биологии и биофизике – биофотоники живых
организмов или биологической цветометрии.
Источник: V.V.Apyari, Kh.P.Tiras,
S.E.Nefedova, M.V.Gorbunova. Non-invasive in vivo spectroscopy using a monitor
calibrator: A case of planarian feeding and digestion statuse. Microchemical
Journal, Volume 166, July 2021, 106255 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0026265X21003398
На
фото: аспирант Светлана Нефедова и старший научный сотрудник Лаборатории энергетики биологических систем ИТЭБ РАН,
к.б.н. Харлампий Тирас.
Материал подготовила: Наталья Быкова
Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru