Biologická autoluminiscencia ako neinvazívny nástroj na monitorovanie chemickej a fyzikálnej modulácie oxidácie v kultúrach kvasinkových buniek

Riešitelia: Michal Teplan, Martin Bereta

Oxidačný metabolizmus je proces, ktorý sa deje v organizmoch počas ich fyziologických aj patofyziologických stavov. Sledovanie biologických oxidačných procesov vyvolaných chemickými alebo fyzikálnymi podnetmi je v súčasnosti mimoriadne dôležité vzhľadom na environmentálne zaťaženie rôznymi fyzikálno-chemickými faktormi. Existujúce techniky zvyčajne vyžadujú pridanie chemických markerov alebo nasvietenia, ktoré však narúšajú analyzované vzorky. Súčasné techniky sú navyše veľmi náročné na prípravu vzoriek a vybavenie.
Na zmiernenie týchto obmedzení sme navrhli nový prístup na monitoring oxidácie založený na biologickej autoluminiscencii (BAL). Na dátach BAL, nameraných v partnerskom laboratóriu Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR v Prahe, sme ukázali, že BAL možno použiť na monitorovanie chemickej perturbácie kvasiniek v dôsledku indukovaného oxidatívneho stresu spôsobeného Fentónovými činidlami – intenzita BAL sa menila v závislosti od veľkosti koncentrácie peroxidu vodíka. Ďalej sme ukázali, že pomocou techniky BAL možno preukázať vplyv nízkofrekvenčného magnetického poľa na bunkové kultúry kvasiniek, pričom sme pozorovali poruchu kinetiky BAL v exponovanej v porovnaní s kontrolnou vzorkou (obr.1). Získané výsledky prispievajú k vývoju nových techník na neinvazívne monitorovanie oxidačných procesov s potenciálnym uplatnením v biomedicíne a potravinárskom priemysle.

Obrázok: Hore: Reprezentatívne vzorky kriviek biologickej autoluminiscencie kvasiniek umiestnených v nízkofrekvenčnom magnetickom poli (vľavo) a kontrolnej vzorky bez poľa (vpravo). (B) Boxplot rozdielov časov, kedy tieto krivky dosiahli maximálne hodnoty. Vyplýva z neho tendencia skoršieho dosiahnutia maxima pre bunky exponované v magnetickom poli. (p = 0.039). (C) Boxplot podielov nadobudnutých hodnôt maxím. (D) Boxplot pomerov koncentrácií buniek meraných po 6 h.

Zahraničný partner: Ing. Michal Cifra, PhD., Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, Praha, Česká republika

Súvisiace projekty: Riešené v rámci projektov MAD SAV-18-11, COST Action CA17115 a VEGA-2/0157/19.

Publikácie:

• BERETA, M. – TEPLAN, M. – CHAFAI, D. – RADIL, R. – CIFRA, M.: Biological autoluminescence as a noninvasive monitoring tool for chemical and physical modulation of oxidation in yeast cell culture. In Scientific Reports, 2021, vol. 11, art. no. 328. ISSN 2045-2322. (4.379 – IF2020) Q1, D1
• BERETA, M. – TEPLAN, M. – CHAFAI, D. – CIFRA, M.: Biological autoluminescence as a non-invasive monitoring tool for pulsed electric field effects on yeast cells, URSI GASS 2020, Rome, Italy, 29 August – 5 September 2020