За допомогою потужного лазера. Вчені змінили поділ клітин бактерій

34

Вчені «курчатовський геномного центру ициг со ран» федерального дослідного центру інституту цитології і генетики св ран (фіц ициг з ран) і встановили, що в результаті впливу терагерцового випромінювання на бактерії e. Coli відбувається зміна активності цілих систем генів, які пов’язані з агрегацією клітин, клітинній рухливістю, пригнічує поділ клітин, по-іншому поводяться клітинні мембрани. Експерименти проводилися на новосибірському лазері на вільних електронах (лсе) сибірського центру синхротронного і терагецового випромінювання (сцсти) інституту ядерної фізики ім. Г. І. Будкера со ран (іяф со ран). Результати опубліковані у високорейтинговому журналі scientific reports.

Генерація і застосування електромагнітного випромінювання тгц діапазону частот стало швидко розвиватися з кінця минулого століття. Однак дослідження його впливу на біологічні об’єкти становлять малу частину від загального числа наукових робіт у цій галузі. Тим часом, тгц випромінювання від природних джерел майже повністю поглинається атмосферою, і еволюція організмів в біосфері землі відбувалася при майже повній відсутності впливу цього типу випромінювання.тому саме генетичні та інші біологічні дослідження виявляються важливими для адекватної оцінки біобезпеки технологій, заснованих на терагерцовому випромінюванні. Дати відповідь на це питання неможливо без знання характеру і параметрів його впливу на живі організми на самих різних рівнях, включаючи генетичний.

Саме таку роботу проводить колектив вчених фіц іциг со ран і іяф со ран, піддаючи живі системи різного рівня організації воздействіюмощного терагерцового випромінювання за допомогою унікальної наукової установки «новосибірський лазер на вільних електронах», а потім оцінюючи – какіеізмененія це викликало в системах, контрольованих геномом. У новому дослідженні, результати якого опубліковані в nature scientific reports, вивчалися наслідки впливу електромагнітних хвиль тгц діапазону на бактерії e. Coli на молекулярно-генетичному і клітинному рівнях.

«в результаті впливу випромінювання цілий ряд значущих для життєдіяльності клітин процесів починає протікати інакше. У своїй роботі ми показали, що відбувається зміна активності цілих систем генів, які пов’язані з агрегацією клітин, клітинною рухливістю, пригнічують поділ клітин, по-іншому поводяться клітинні мембрани», – розповів головний науковий співробітник іциг со ран, к.б. Н.сергій пельтек.

Експерименти на призначеній для користувача станції лсе тривали близько року і включали в себе кілька сеансів опромінення клітин по 15 хвилин.

«для проведення біологічних досліджень з використанням терагерцового випромінювання лазера на вільних електронах обладнана спеціальна експериментальна станція, яка дозволяє проводити роботи з живими об’єктами, – розповідає координатор робіт користувачів новосибірського лсе, старший науковий співробітник іяф со ран, кандидат фізико-математичних наук василь попик. — обладнання робочої станції дозволяє регулювати і контролювати інтенсивність, і рівномірність опромінення біологічних зразків, а також їх температуру – з точністю до декількох сотих градуса. Все це забезпечує повторюваність експериментів з живими об’єктами. Співпраця з інститутом цитології і генетики со ран триває вже більше 15 років, і крім e. Coli, за допомогою новосибірського лсе вивчаються і інші біологічні об’єкти».

Новосибірський лсе – унікальна наукова установка (уну), побудована на базі спеціального прискорювача-рекуператора. Лазер терагерцового діапазону-один з трьох лсе, що входять до складу уну. Його запуск відбувся ще в 2003 році. Цей лсе використовує електрони з енергією 12 мев і дає випромінювання з довжиною хвилі, плавно перебудовується в діапазоні від 90 до 340 мікрон, і середньою потужністю до 0,5 квт, що є світовим рекордом середньої потужності монохроматичного випромінювання в цьому діапазоні.

Другий лазер, запущений в 2009 році, використовує електронні пучки з енергією 22 мев, а його випромінювання знаходиться вже в інфрачервоному діапазоні (довжини хвиль від 35 до 80 мікрон). Третій лазер, запущений в 2015 році, працює на енергії 42 мев в діапазоні від 5 до 15 мкм. Випромінювання всіх лазерів виводиться в один оптичний канал-це дає можливість використовувати його на одних і тих же станціях, проте найбільшою популярністю в даний час користується саме терагерцовий лазер. Кожен з трьох лазерів дозволяє змінювати довжину хвилі і потужність випромінювання, в залежності від побажання користувачів – хіміків, фізиків і біологів.

Робота підтримана «курчатовським геномним центром іциг со ран» (№075-15-2019-1662) і проектом міністерства науки і вищої освіти № 0259-2021-0010.