Букет ионов: светящиеся бактерии позволят выбрать уровень облучения для роста животных

Российские ученые предложили новый способ определения безопасных доз ионизирующего облучения для животных. В небольших количествах оно способно стимулировать ряд физиологических процессов, что открывает перспективы для использования технологии в сельском хозяйстве. Однако положительный эффект достигается лишь в узком диапазоне доз, определить который помогут бактерии: интенсивность их свечения меняется в зависимости от уровня облучения. При этом сложность организма животных и индивидуальные реакции на низкодозовое воздействие могут затруднить внедрение технологии в промышленных масштабах, предупредили эксперты.

Почему слабая радиация может быть полезна

Ученые Института биофизики СО РАН, Сибирского федерального университета и Красноярского государственного аграрного университета предложили быстрый бактериальный тест для определения оптимальных уровней ионизирующего облучения животных.

Как объяснили исследователи, воздействие в диапазоне от десятков до сотен миллигрей (мГр) способно активировать ряд физиологических процессов, включая обмен веществ, рост и накопление биомассы. Использование таких технологий может открыть новые перспективы в животноводстве, ветеринарии и смежных областях. Однако превышение допустимых доз, напротив, приводит к угнетению функций. Разработка позволит своевременно выявлять такие риски и предотвращать их.

— Стимулирование малыми количествами стрессовых факторов описывается моделью гормезиса. Это процесс, при котором организмы, реагируя на внешние влияния, стремятся найти новый баланс и привести систему в равновесие, — рассказала «Известиям» ведущий научный сотрудник ИБ СО РАН, профессор кафедры биофизики СФУ Надежда Кудряшева.

По ее словам, такая способность лежит в основе жизнедеятельности организма: пока он способен компенсировать внешние нагрузки, он сохраняет жизнеспособность. С возрастом эти возможности снижаются. Поэтому при практическом применении малых доз облучения важно не допускать превышения пороговых значений, после которых начинается токсическое действие.

В эксперименте специалисты сравнили воздействие радиации на бактерии и клетки кроликов. Источником излучения стала тритиевая вода — жидкость, молекулы которой содержат радиоактивные изотопы водорода. В качестве тестовой системы использовали морские светящиеся бактерии: интенсивность их свечения заметно меняется в зависимости от уровня радиационного воздействия.

Завели за живое: «зомби»-бактерии и передача энергии по оптоволокну

«Известия» подготовили подборку самых интересных новостей науки за неделю

Как выбрать безопасную дозу облучения

В результате исследования ученые установили, что клетки крови животных и бактерии сходным образом реагируют на радиационное воздействие. В частности, активность лейкоцитов — белых кровяных телец, активность которых служит одним из основных показателей иммунного ответа, — менялась по той же схеме, что и интенсивность свечения бактерий: при низких дозах наблюдалась активация, а при повышении уровня облучения — угнетение. При этом бактерии реагировали на значительно меньшие дозы радиации, чем клетки животных.

— Мы сопоставили реакции бактерий и высших организмов. Оказалось, что клеточные процессы у них подчиняются общим закономерностям. Это значит, что быстрый бактериальный тест может служить ранним индикатором рисков, — пояснила Надежда Кудряшева.

По мнению специалистов, разработка позволит оперативно подбирать безопасные стимулирующие дозы облучения для сельскохозяйственных животных. Однако на нынешнем этапе из-за фундаментальных различий между бактериями и сложными организмами возможности метода следует ограничивать прогнозированием клеточных процессов. Например, с его помощью можно оценить, как облучение повлияет на активность иммунных клеток. В перспективе метод также может быть адаптирован для экологического мониторинга и предупреждения последствий радиационных аварий.

— Технологии облучения малыми дозами радиации активно применяют для снижения бактериальной нагрузки на продукты питания, чтобы увеличить их срок хранения, а также для стерилизации изделий. Исследуются возможности применения радиационного воздействия для уменьшения сроков всхожести растений, — объяснил «Известиям» заместитель генерального директора по науке АО НИИТФА (входит в «Росатом») Марат Исмагилов.

По словам эксперта, это безопасно при соблюдении установленных требований. Перед промышленным применением радиационной обработки исследуют влияние на продукты, в том числе на их вкус, запах и структуру. Технологию переводят в промышленный режим только после подтверждения отсутствия рисков для здоровья потребителей и существенных изменений характеристик продукции.

— Слово «радиация» прочно ассоциируется с угрозой. Преодоление этого страха требует разъяснительной работы. Безопасность мяса и молока, полученных с использованием такой стимуляции, — хорошо изученный вопрос. Важно понимать, что при облучении не происходит превращения стабильных элементов в радиоактивные (наведенная радиоактивность). Этот эффект возможен только при воздействии потоками частиц очень высоких энергий, — рассказала заведующая кафедрой биологии Обнинского института атомной энергетики НИЯУ МИФИ Людмила Комарова.

Попасть на биопленку: «фоторобот» опасных бактерий убережет скот от устойчивых инфекций

Данные о способностях микроорганизмов собираться в сообщества помогут сделать продукты безопаснее

По ее словам, накоплены обширные данные о том, что низкие и средние уровни ионизирующего излучения способны стимулировать рост и выживаемость растений, бактерий, насекомых и млекопитающих, а также усиливать иммунный ответ и устойчивость организмов к мутагенным факторам.

При этом данных о применении таких технологий в животноводстве пока немного. Одна из сложностей заключается в непредсказуемости положительного эффекта: необходимо попасть в узкий диапазон доз, который для каждого вида приходится определять отдельно. Пока стимуляция низкодозовым облучением уступает традиционным методам, таким как селекция и внесение удобрений.

По мнению заведующего кафедрой «Зоология и экология» Пензенского государственного университета Сергея Титова, основная проблема связана с индивидуальными реакциями организмов на низкодозовое облучение. Поэтому при промышленном применении будет сложно обеспечить одинаковый результат.

— Биотесты на светящихся бактериях эффективны прежде всего как инструмент быстрого первичного скрининга. Их применяют в фармакологии, радиобиологии и контроле качества воды. Они чувствительны, сравнительно недороги, легко стандартизируются и позволяют одновременно исследовать большое число образцов, — отметил он.

Однако бактерии и клетки млекопитающих различаются по метаболизму, механизмам восстановления ДНК и другим параметрам. В связи с этим высокая чувствительность теста еще не означает точности прогноза. Кроме того, на интенсивность свечения могут влиять температура, кислотность и состав среды, а также состояние бактериальной культуры. Таким образом, определенный с помощью теста диапазон доз потребуется дополнительно проверять и уточнять на клетках животных.