Биофотон - Biophoton - Wikipedia

Для науки о взаимодействии света и живых существ см. биофотоника.

Биофотоны (от Греческий βίος означает «жизнь» и φῶς означает «свет») фотоны света в ультрафиолетовый и слабый видимый свет диапазон, которые производятся биологическая система. По своему происхождению они нетепловые, а испускание биофотонов технически является разновидностью биолюминесценция, хотя биолюминесценция обычно предназначена для более высоких яркость люциферин /люцифераза системы. Период, термин биофотон в этом узком смысле не следует путать с более широкой областью биофотоника, который изучает общее взаимодействие света с биологическими системами.

Биологические ткани обычно производят наблюдаемое лучистая эмиссия в видимом и ультрафиолетовом диапазонах частот от 10−17 до 10−23 Вт / см2 (примерно 1-1000 фотонов / см2/второй).[1] Этот низкий уровень света имеет гораздо меньшую интенсивность, чем видимый свет, производимый биолюминесценцией, но биофотоны обнаруживаются над фоном тепловое излучение который излучается тканями при их нормальной температуре.

Хотя об обнаружении биофотонов сообщили несколько групп,[2][3][4] гипотезы о том, что такие биофотоны указывают на состояние биологических тканей и способствуют клеточной коммуникации, все еще исследуются,[5][6] Александр Гурвич, открывший существование биофотонов, был удостоен награды Сталинская премия в 1941 г. за его работу.[7]

Обнаружение и измерение

Биофотоны могут быть обнаружены с помощью фотоумножители или с помощью сверхмалого шума CCD камера для получения изображения, используя время экспозиции обычно 15 минут для растительных материалов.[8][9] Фотоэлектронные умножители также использовались для измерения выбросов биофотонов из икры рыб.[10] а в некоторых приложениях измеряются биофотоны животных и людей.[11][12][13]

Типичный наблюдаемый лучистая эмиссия биологических тканей в видимом и ультрафиолетовом диапазонах частот от 10−17 до 10−23 Вт / см2 с количеством фотонов от нескольких до почти 1000 фотонов на см2 в диапазоне от 200 нм до 800 нм.[1]

Предлагаемые физические механизмы

Химическое возбуждение через окислительный стресс к активные формы кислорода и / или катализ к ферменты (т.е. пероксидаза, липоксигеназа ) - обычное явление в биомолекулярной среда.[14] Такие реакции могут привести к образованию триплет возбужденные виды, которые выпускают фотоны по возвращении в более низкий уровень энергии в процессе, аналогичном фосфоресценция. То, что этот процесс является фактором, способствующим спонтанной эмиссии биофотонов, было указано в исследованиях, демонстрирующих, что эмиссия биофотонов может быть увеличена путем истощения исследуемой ткани антиоксиданты[15] или добавлением карбонильных дериватизирующих агентов.[16] Дополнительную поддержку предоставляют исследования, показывающие, что выбросы могут быть увеличены путем добавления активные формы кислорода.[17]

Растения

Визуализация биофотонов из листьев была использована в качестве метода для анализа ответов гена R.[18] Эти гены и связанные с ними белки ответственны за возбудитель распознавание и активация защитных сигнальных сетей, ведущая к гиперчувствительной реакции,[19] что является одним из механизмов устойчивости растений к инфекции возбудителями. Он включает в себя образование активных форм кислорода (АФК), которые играют решающую роль в преобразование сигнала или как токсичные агенты, приводящие к гибели клеток.[20]

Биофотоны наблюдались также в корнях стрессированных растений. В здоровых клетках концентрация АФК минимизирована системой биологических антиоксидантов. Однако тепловой шок и другие стрессы изменяют равновесие между окислительным стрессом и антиоксидантной активностью, например, быстрое повышение температуры вызывает излучение биофотонов АФК.[21]

Предполагаемое участие в сотовой связи

В 1920-х годах русский эмбриолог Александр Гурвич сообщили об "сверхслабом" излучении фотонов живыми тканями в УФ-диапазоне спектра. Он назвал их «митогенетическими лучами», потому что его эксперименты убедили его, что они оказывают стимулирующее действие на деление клеток.[22]

В 1970-е годы Фриц-Альберт Попп и его исследовательская группа в Марбургский университет (Германия ) показал, что спектральное распределение излучения попадает в широкий диапазон длин волн от 200 до 750 нм.[23]

Один биофотонный механизм фокусируется на поврежденных клетках с более высоким уровнем окислительный стресс, который является одним из источников света и может рассматриваться как «сигнал бедствия» или фоновый химический процесс, но этот механизм еще предстоит продемонстрировать.[нужна цитата ] Сложность выявления эффектов любых предполагаемых биофотонов среди других многочисленных химических взаимодействий между клетками затрудняет разработку проверяемой гипотезы. В обзорной статье 2010 года обсуждаются различные опубликованные теории такого рода сигналов.[24]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б Попп, Фриц (2003). «Свойства биофотонов и их теоретическое значение». Индийский журнал экспериментальной биологии. 41 (5): 391–402. PMID  15244259.
  2. ^ Такеда, Мотохиро; Кобаяси, Масаки; Такаяма, Марико; Сузуки, Сатоши; Исида, Таканори; Охнуки, Коджи; Мория, Такуя; Охучи, Нориаки (2004). «Обнаружение биофотонов как новый метод визуализации рака». Наука о раке. 95 (8): 656–61. Дои:10.1111 / j.1349-7006.2004.tb03325.x. PMID  15298728.
  3. ^ Растоги, Аншу; Поспишил, Павел (2010). «Сверхслабое излучение фотонов как неинвазивный инструмент для мониторинга окислительных процессов в эпидермальных клетках кожи человека: сравнительное исследование тыльной и ладонной сторон кисти». Исследования и технологии кожи. 16 (3): 365–70. Дои:10.1111 / j.1600-0846.2010.00442.x. PMID  20637006.
  4. ^ Ниггли, Хьюго Дж. (1993). «Искусственное солнечное излучение вызывает сверхслабое излучение фотонов в фибробластах кожи человека». Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология. 18 (2–3): 281–5. Дои:10.1016 / 1011-1344 (93) 80076-Л. PMID  8350193.
  5. ^ Баджпай, Р. (2009). Биофотоны: ключ к разгадке тайны «жизни» - Книга = Биолюминесценция в фокусе - сборник ярких эссе; Эд Мейер-Рохов В.Б .; Res Указатель Тривандрам. 1. С. 357–385.
  6. ^ arXiv, Новые технологии из. "Есть ли в нашем мозгу оптические каналы связи?". Обзор технологий MIT. Получено 9 сентября 2017.
  7. ^ Белоусов, Л.В.; Opitz, JM; Гилберт, SF (1997). «Жизнь Александра Г. Гурвича и его вклад в теорию морфогенетических полей». Международный журнал биологии развития. 41 (6): 771–7, комментарий 778–9. PMID  9449452.
  8. ^ Беннетт, Марк; Мехта, Моназ; Грант, Мюррей (2005). «Биофотонная визуализация: неразрушающий метод анализа ответов гена R». MPMI. 18 (2): 95–102. Дои:10.1094 / MPMI-18-0095. PMID  15720077.
  9. ^ Takeda, M; Кобаяши, М; Такаяма, М; и другие. (Август 2004 г.). «Обнаружение биофотонов как новый метод лечения рака». Наука о раке. 95 (8): 656–61. Дои:10.1111 / j.1349-7006.2004.tb03325.x. PMID  15298728.
  10. ^ Йирка, Боб (май 2012 г.). «Исследования показывают, что клетки общаются через биофотоны». Получено 26 января 2016.
  11. ^ Масаки, Кобаяши; Дайсуке, Кикучи; Хитоши, Окамура (2009). «Визуализация сверхслабого спонтанного излучения фотонов из человеческого тела, отображающая суточный ритм». PLOS ONE. 4 (7): e6256. Bibcode:2009PLoSO ... 4,6256 тыс.. Дои:10.1371 / journal.pone.0006256. ЧВК  2707605. PMID  19606225.
  12. ^ Dotta, B.T .; и другие. (Апрель 2012 г.). «Повышенное излучение фотонов из головы при представлении света в темноте коррелирует с изменениями в электроэнцефалографической мощности: поддержка биофотонной гипотезы Боккона». Письма о неврологии. 513 (2): 151–4. Дои:10.1016 / j.neulet.2012.02.021. PMID  22343311.
  13. ^ Joines, William T .; Бауманн, Стив; Крут, Джон Г. (2012). «Электромагнитное излучение людей во время сфокусированного намерения». Журнал парапсихологии. 76 (2): 275–294.
  14. ^ Чиленто, Джузеппе; Адам, Вальдемар (1995). «От свободных радикалов к электронно-возбужденным видам». Свободная радикальная биология и медицина. 19 (1): 103–14. Дои:10.1016 / 0891-5849 (95) 00002-Ф. PMID  7635351.
  15. ^ Урсини, Фульвио; Барсакки, Рената; Пелоси, Гуальтьеро; Бенасси, Антонио (1989). «Окислительный стресс в сердце крысы, исследования низкоуровневой хемилюминесценции». Журнал биолюминесценции и хемилюминесценции. 4 (1): 241–4. Дои:10.1002 / bio.1170040134. PMID  2801215.
  16. ^ Катаока, Йоски; Цуй, Илун; Ямагата, Айя; Ниигаки, Минору; Хирохата, Тору; Оиси, Нобору; Ватанабэ, Ясуёси (2001). «Зависимое от активности окисление нервной ткани испускает собственные сверхслабые фотоны». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 285 (4): 1007–11. Дои:10.1006 / bbrc.2001.5285. PMID  11467852.
  17. ^ Боверис, А; Кадены, E; Reiter, R; Филипковский, М; Накасе, Y; Шанс, B (1980). «Хемилюминесценция органов: неинвазивный анализ окислительно-радикальных реакций». Труды Национальной академии наук. 77 (1): 347–351. Bibcode:1980PNAS ... 77..347B. Дои:10.1073 / pnas.77.1.347. ЧВК  348267. PMID  6928628.
  18. ^ М., Беннетт; М, Мехта; М., Грант (февраль 2005 г.). «Биофотонная визуализация: неразрушающий метод анализа ответов гена R». Молекулярные взаимодействия растений и микробов: MPMI. PMID  15720077. Получено 2020-05-25.
  19. ^ Инигес, А. Леонардо; Донг, Юэмэй; Картер, Хизер Д; Ахмер, Брайан М. М.; Стоун, Джули М; Triplett, Эрик В. (2005). «Регулирование колонизации кишечных эндофитных бактерий с помощью средств защиты растений». Молекулярные взаимодействия растений и микробов. 18 (2): 169–78. Дои:10.1094 / MPMI-18-0169. PMID  15720086.
  20. ^ Кобаяши, М; Сасаки, К; Эномото, М; Эхара, Y (2006). «Высокочувствительное определение кратковременной генерации биофотонов при гиперчувствительной реакции на вирус мозаики огурца у вигны». Журнал экспериментальной ботаники. 58 (3): 465–72. Дои:10.1093 / jxb / erl215. PMID  17158510.
  21. ^ Кобаяси, Кацухиро; Окабе, Хиротака; Кавано, Шинья; Хидака, Йошики; Хара, Казухиро (2014). «Эмиссия биофотона, вызванная тепловым шоком». PLOS ONE. 9 (8): e105700. Bibcode:2014PLoSO ... 9j5700K. Дои:10.1371 / journal.pone.0105700. ЧВК  4143285. PMID  25153902.
  22. ^ Гурвич А.А. (1988). «Исторический обзор проблемы митогенетической радиации». Experientia. 44 (7): 545–50. Дои:10.1007 / bf01953301. PMID  3294029.
  23. ^ Вейк, Руланд Ван; Вейк, Эдуард П.А. Ван (2005). "Введение в излучение биофотонов человека". Дополнительные медицинские исследования. 12 (2): 77–83. Дои:10.1159/000083763. PMID  15947465.
  24. ^ Сифра, Михал; Поля, Джереми Зи; Фархади, Ашкан (2011). «Электромагнитные клеточные взаимодействия». Прогресс в биофизике и молекулярной биологии. 105 (3): 223–46. Дои:10.1016 / j.pbiomolbio.2010.07.003. PMID  20674588.

внешняя ссылка

Ссылка

Белоусов, Л.В., В. Воейков, В. Мартынюк. Биофотоника и когерентные системы в биологии, Springer, 2007. ISBN  978-0387-28378-4