Терагерцовое излучение изменило деление клеток у бактерий
20.10.2021
В результате воздействия терагерцового излучения на
бактерии E.coli происходит изменение активности целых систем генов, которые
связаны с агрегацией клеток, клеточной подвижностью, подавляется деление
клеток, по-другому ведут себя клеточные мембраны. Это установили Ученые
«Курчатовского геномного центра ИЦиГ СО РАН» Федерального исследовательского
центра Института цитологии и генетики СО РАН (ФИЦ ИЦиГ СО РАН) в ходе экспериментов
на Новосибирском лазере на свободных электронах (ЛСЭ) Сибирского центра
синхротронного и терагецового излучения (СЦСТИ) Института ядерной физики им. Г.
И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН).
Результаты исследования, в ходе которого изучались
последствия воздействия электромагнитных волн ТГц диапазона на бактерии E. coli
на молекулярно-генетическом и клеточном уровнях, опубликованы в высокорейтинговом журнале Scientific Reports.
«В
результате воздействия излучения целый ряд значимых для жизнедеятельности
клеток процессов начинает протекать иначе. В своей работе мы показали, что
происходит изменение активности целых систем генов, которые связаны с
агрегацией клеток, клеточной подвижностью, подавляют деление клеток, по-другому
ведут себя клеточные мембраны», – рассказал главный научный сотрудник
ИЦиГ СО РАН, к.б.н. Сергей Пельтек.
Эксперименты
на пользовательской станции ЛСЭ длились около года и включали в себя несколько
сеансов облучения клеток по 15 минут.
«Для
проведения биологических исследований c использованием терагерцового излучения
лазера на свободных электронах оборудована специальная экспериментальная
станция, которая позволяет проводить работы с живыми объектами, - рассказывает
координатор работ пользователей Новосибирского ЛСЭ, старший научный сотрудник
ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Василий Попик. - Оборудование
рабочей станции позволяет регулировать и контролировать интенсивность, и
равномерность облучения биологических образцов, а также их температуру - с
точностью до нескольких сотых градуса. Все это обеспечивает повторяемость
экспериментов с живыми объектами. Сотрудничество с Институтом цитологии и
генетики СО РАН продолжается уже более 15 лет, и помимо E. coli, с помощью
Новосибирского ЛСЭ изучаются и другие биологические объекты».
Генерация
и применение электромагнитного излучения ТГц диапазона частот стало быстро
развиваться с конца прошлого века. Однако исследования его влияния на
биологические объекты составляют малую часть от общего числа научных работ в
этой области. Между тем, ТГц излучение от естественных источников почти
полностью поглощается атмосферой, и эволюция организмов в биосфере Земли
происходила при почти полном отсутствии воздействия этого типа излучения.
Поэтому
именно генетические и другие биологические исследования оказываются важными для
адекватной оценки биобезопасности технологий, основанных на терагерцовом
излучении. Дать ответ на этот вопрос невозможно без знания характера и
параметров его воздействия на живые организмы на самых разных уровнях, включая
генетический.
Коллектив
ученых ФИЦ ИЦиГ СО РАН и ИЯФ СО РАН проводит именно такую работу, подвергая живые
системы различного уровня организации воздействию мощного терагерцового
излучения с помощью уникальной научной установки «Новосибирский лазер на
свободных электронах», а потом оценивая – какие изменения это вызвало в системах,
контролируемых геномом.
Новосибирский
ЛСЭ – уникальная научная установка (УНУ), построенная на базе специального
ускорителя-рекуператора. Лазер терагерцового диапазона – один из трёх ЛСЭ,
входящих в состав УНУ. Его запуск состоялся ещё в 2003 году. Этот ЛСЭ
использует электроны с энергией 12 МэВ и даёт излучение с длиной волны, плавно
перестраиваемой в диапазоне от 90 до 340 микрон, и средней мощностью до 0,5
кВт, что является мировым рекордом средней мощности монохроматического
излучения в этом диапазоне. Второй лазер, запущенный в 2009 году, использует
электронные пучки с энергией 22 МэВ, а его излучение находится уже в
инфракрасном диапазоне (длины волн от 35 до 80 микрон). Третий лазер,
запущенный в 2015 году, работает на энергии 42 МэВ в диапазоне от 5 до 15 мкм.
Излучение всех лазеров выводится в один оптический канал - это дает возможность
использовать его на одних и тех же станциях, однако наибольшей популярностью в
настоящее время пользуется именно терагерцовый лазер. Каждый из трех лазеров
позволяет менять длину волны и мощность излучения, в зависимости от пожелания
пользователей - химиков, физиков и биологов.
Работа
поддержана «Курчатовским геномным центром ИЦиГ СО РАН» (№ 075-15-2019-1662) и
проектом Министерства науки и высшего образования № 0259-2021-0010.
Источник
- Пресс-служба ИЦиГ СО РАН