Светящиеся капсулы показали уровень pH внутри живых рачков

Рачок-амфипод. Фото предоставлено автором статьи

Ученые из НИИ биологии Иркутского государственного университета совместно с коллегами из финского университета Оулу впервые показали на рачках-амфиподах, как можно прижизненно сканировать физиологическое состояние живого организма в стрессовых условиях.

Рачки из отряда Amphipoda (или бокоплавы) — важная часть фауны Байкала, на них приходится более 350 видов-эндемиков и 15% всего видового разнообразия озера. Как пишут авторы статьи, по состоянию популяции рачков можно во многом судить об экологической обстановке в озере.

В качестве фактора, вызывающего стресс, ученые выбрали падение уровня кислорода и повышение содержания углекислого газа в воде — рачки часто сталкиваются с изменением соотношения этих газов в воде, которое происходит в том числе и под влиянием антропогенных факторов. Повышенное содержание углекислого газа и недостаток кислорода напрямую или косвенно (в частности, за счет накопления продуктов анаэробиоза) приводят к одному и тому же явлению — закислению pH внутренней среды. Таким образом, для того чтобы измерить уровень стресса амфипод, исследователи решили посмотреть, как меняется pH гемолимфы (то есть «крови») этих маленьких ракообразных под действием неблагоприятных условий.

Ученые применили флуоресцентную краску, которая чувствительна к изменениям pH. Поскольку краска очень токсична, ее поместили в полупроницаемые микрокапсулы. Стенки капсул пропускают маленькие молекулы, но удерживают крупные, например молекулы краски, связанные с полимерами. Краска не травит рачка и не теряет необходимую для опыта концентрацию. Ученые меняли содержание углекислого газа и с помощью спектрометра и флуоресцентного микроскопа наблюдали, как капсулы внутри рачка меняли цвет с оранжевого на желтый и наоборот в зависимости от уровня pH среды. При этом, что самое важное, — подопытный оставался жив весь эксперимент.

Как сказал Максим Тимофеев, один из соавторов исследования, теперь ученые планируют разработать набор сенсоров, которые можно будет вводить в организм животных и растений, чтобы изучать их внутреннее состояние в реальном времени, без умерщвления и вскрытия. С помощью капсул, введенных под кожу или в кровоток, можно будет непрерывно следить за обменом веществ. Но для медицинского применения технологии «потребуется сотрудничество большого количества специалистов самых разных профилей», как сказал Тимофеев.

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Тем временем ученые из МГУ работают над микрокапсулами, которые смогут доставлять лекарства внутри организма туда, где они нужны.