RU2291196C1 - Method for assay of effects of electromagnetic radiation using bioluminescence of microorganisms - Google Patents
Method for assay of effects of electromagnetic radiation using bioluminescence of microorganisms Download PDFInfo
- Publication number
- RU2291196C1 RU2291196C1 RU2005119244/15A RU2005119244A RU2291196C1 RU 2291196 C1 RU2291196 C1 RU 2291196C1 RU 2005119244/15 A RU2005119244/15 A RU 2005119244/15A RU 2005119244 A RU2005119244 A RU 2005119244A RU 2291196 C1 RU2291196 C1 RU 2291196C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- effect
- electromagnetic radiation
- assay
- exposure
- microorganisms
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области магнитобиологии, в частности к способам оценки воздействия слабого электромагнитного поля с помощью биосенсора - морских светящихся бактерий, и может быть использовано в медицине и экологии.The invention relates to the field of magnetobiology, in particular to methods for assessing the effects of a weak electromagnetic field using a biosensor - marine luminous bacteria, and can be used in medicine and ecology.
Известен способ оценки воздействия электромагнитного поля на биологические системы, который заключается в исследовании влияния излучения импульсного магнитного поля на регенерацию костной ткани при чрескостном остеосинтезе. В периферической крови больного при поступлении и на 7 сутки после чрескостного остеосинтеза определяют количество лейкоцитов, лимфоцитов, нейтрофилов, моноцитов, затем рассчитывают процент прироста каждого из показателей. Далее находят суммарный показатель. При отрицательном значении суммарного показателя или его увеличении не более 15% судят о положительном эффекте электромагнитного поля на регенерацию костной ткани. При значении суммарного показателя 15% и выше отмечают отсутствие воздействия электромагнитного поля [RU патент 2082970, МПК G 01 N 33/48, опубл. 27.06.97 г.].A known method for assessing the effect of an electromagnetic field on biological systems, which consists in studying the effect of radiation of a pulsed magnetic field on bone tissue regeneration during transosseous osteosynthesis. In the patient’s peripheral blood upon admission and on the 7th day after transosseous osteosynthesis, the number of leukocytes, lymphocytes, neutrophils, monocytes is determined, then the percentage of growth of each of the indicators is calculated. Next, find the total indicator. If the total value is negative or does not increase more than 15%, the positive effect of the electromagnetic field on bone regeneration is judged. When the value of the total indicator of 15% and above, note the absence of exposure to an electromagnetic field [RU patent 2082970, IPC G 01 N 33/48, publ. June 27, 1997].
Недостатки этого способа заключаются в следующем. Для оценки воздействия электромагнитного излучения на биологический объект используются иммунные клетки крови многоклеточного организма, где на исследуемые показатели оказывают влияние сложнейшие и многочисленные адаптационные реакции и воздействия многих других факторов, из-за чего процесс оценки воздействия усложняется, кроме того, получение ответа требует длительного времени (7 суток). Метод пригоден для частного случая - оценки эффективности применения магнитотерапии в комплексном лечении переломов костей, и используется в раннем посттравматическом периоде.The disadvantages of this method are as follows. To assess the effect of electromagnetic radiation on a biological object, the immune blood cells of a multicellular organism are used, where the studied parameters are influenced by the most complex and numerous adaptive reactions and the effects of many other factors, which makes the process of evaluating the impact complicated, in addition, obtaining an answer takes a long time ( 7 days). The method is suitable for a special case - evaluating the effectiveness of magnetotherapy in the complex treatment of bone fractures, and is used in the early post-traumatic period.
Известен способ модификации активности перитонеальных нейтрофилов мыши при воздействии крайне высокочастотного излучения в полосе 41,8-42,05 ГГц и заключается в ингибировании люминолзависимой хемилюминесценции нейтрофилов, активированных опсонизированным зимозаном [А.Б.Гапеев, В.Г.Сафронова, Н.К.Чемерис, Е.Е.Фесенко. // Биофизика. 1996. Т.41, вып.1. С.205-219].There is a method of modifying the activity of mouse peritoneal neutrophils when exposed to extremely high-frequency radiation in the band 41.8-42.05 GHz and consists in inhibiting the luminol-dependent chemiluminescence of neutrophils activated by opsonized zymosan [A. B. Gapeev, V. G. Safronova, N.K. Chemeris, E.E. Fesenko. // Biophysics. 1996.V.41, issue 1. S.205-219].
К недостаткам данного способа относится следующее. В данном способе используются клетки крови - перитониальные нейтрофилы - как показатель эффекта воздействия электромагнитного излучения. Процесс получения биологических образцов довольно длителен и приводит к гибели животных. В процессе регистрации отклика на воздействие электромагнитным полем использованы дорогостоящие реактивы и растворы: зимозан ("Биолар" Россия), люминол ("Sigma" США), среда 199 и раствор Хенкса (ИПВЭ, Россия) и мал по величине наблюдаемый индуцированный эффект, проявляющийся в изменении сигнала хемилюминесценции (8-26%).The disadvantages of this method include the following. This method uses blood cells - peritoneal neutrophils - as an indicator of the effect of electromagnetic radiation. The process of obtaining biological samples is quite lengthy and leads to the death of animals. In the process of recording the response to exposure to an electromagnetic field, expensive reagents and solutions were used: zymosan (Biolar Russia), luminol (Sigma USA), medium 199 and Hanks solution (IPVE, Russia) and the observed induced effect is small in magnitude, which manifests itself in a change in the chemiluminescence signal (8-26%).
Известен способ определения внешнего воздействия на биообъект, включающий регистрацию физического параметра данного объекта до и после внешнего воздействия, по сравнению которых судят о степени воздействия, где в качестве чувствительного элемента используют культуру светящихся бактерий, а в качестве физического параметра используют величину светового потока от них [RU патент 2073416, опубл. 20.02.97 г. (прототип)].A known method for determining the external effect on a biological object, including recording the physical parameter of a given object before and after external influence, compares them to the degree of exposure, where a culture of luminous bacteria is used as a sensitive element, and the amount of light flux from them is used as a physical parameter [ RU patent 2073416, publ. 02/20/97, (prototype)].
К недостаткам данного способа относится следующее.The disadvantages of this method include the following.
В этом способе используются сигналы, поступающие от биологического объекта на светящиеся бактерии Beneckea harveyi, где сложно однозначно определить природу воздействующего фактора. Биообъекты являются источниками теплового электромагнитного излучения, обусловленного тем, что температура объектов не равна абсолютному нулю, но на ряду с этим излучением в данном случае присутствуют и электрические и магнитные поля, сигналы хемилюминесценции и др., несущие информацию о биообъектах (Т.В.Дрокина. Методы физики в медицине (монография). - Красноярск: КрасГУ. - 2005. - 262 с.).This method uses signals from a biological object to the luminous bacteria Beneckea harveyi, where it is difficult to unambiguously determine the nature of the influencing factor. Bioobjects are sources of thermal electromagnetic radiation, due to the fact that the temperature of the objects is not equal to absolute zero, but along with this radiation in this case there are also electric and magnetic fields, chemiluminescence signals, etc., which carry information about bioobjects (T.V.Drokina Methods of physics in medicine (monograph). - Krasnoyarsk: Krasnoyarsk State University. - 2005. - 262 p.).
Техническим результатом изобретения является разработка экономичного способа определения воздействия электромагнитного излучения на фиксированной частоте с помощью биолюминесценции бактерий.The technical result of the invention is the development of an economical method for determining the effect of electromagnetic radiation at a fixed frequency using bioluminescence of bacteria.
Технический результат достигается тем, что в способе определения воздействия электромагнитного излучения с помощью биолюминесценции бактерий, включающем регистрацию физических параметров данного объекта до и после внешнего воздействия, по сравнению которых судят о степени воздействия, и в качестве физического параметра используют величину светового потока от них, новым является то, что осуществляют воздействие электромагнитным излучением частотой 42 ГГц, а в качестве тест-системы используют бактерии Photobacterium leognathi, штамм 54, которые при увеличении времени экспозиции изменяют характер свечения.The technical result is achieved by the fact that in the method for determining the effect of electromagnetic radiation using the bioluminescence of bacteria, which includes recording the physical parameters of a given object before and after external exposure, which are used to judge the degree of exposure, and use the amount of light flux from them as a physical parameter, new is that they carry out exposure to electromagnetic radiation with a frequency of 42 GHz, and as a test system using bacteria Photobacterium leognathi, strain 54, which increasing the exposure time changing the nature of luminescence.
На фиг.1 показана динамика изменения интенсивности свечения фотобактерий после воздействия электромагнитным излучением при разных длительностях воздействия внешнего фактора: а) 10 часов, б) 12 часов, в) 15 часов, где I - ток ФЭУ, t - время наблюдения после облучения.Figure 1 shows the dynamics of changes in the intensity of the luminescence of photobacteria after exposure to electromagnetic radiation at different durations of exposure to an external factor: a) 10 hours, b) 12 hours, c) 15 hours, where I is the PMT current, t is the observation time after irradiation.
Предлагаемый способ оценки присутствия слабого нетеплового электромагнитного излучения и дозы, полученной биологическим объектом при его воздействии на фиксированной частоте 42 ГГц, может быть реализован с помощью светящихся морских бактерий Photobacterium leognathi, штамм 54.The proposed method for assessing the presence of weak non-thermal electromagnetic radiation and the dose received by a biological object when exposed to a fixed frequency of 42 GHz can be implemented using luminous marine bacteria Photobacterium leognathi, strain 54.
Бактерии выращены на твердой питательной среде, содержащей источники углерода, азота, фосфора, минеральные соли. Затем их суспендируют в жидкой среде до получения однородной исходной суспензии. Затем суспензию заливают в подготовленную питательную среду. Подготовленная питательная среда имеет следующий состав: в 100 мл дистиллированной воды содержится 0,02 г MgSO4; 0,6 г Na2HPO4; 0,1 г КН2PO4, 6 г NaCl; 0,065 г цитрата Na; 0,05 г (NH4)2SO4; 0,5 г пептона; 0,3 г глицерина. В подготовленную среду производится засев морских бактерий из клеточной суспензии, выращенной на твердой среде (состав твердой среды такой же, как указан выше, но добавлен агар-агар из расчета 20 г/л). Процесс культивирования осуществляется на качалке с аэрацией при 28-30°С. Это известный способ выращивания фотобактерий.Bacteria are grown on a solid nutrient medium containing sources of carbon, nitrogen, phosphorus, and mineral salts. Then they are suspended in a liquid medium until a homogeneous initial suspension is obtained. Then the suspension is poured into the prepared nutrient medium. Prepared culture medium has the following composition: in 100 ml of distilled water contains 0.02 g of MgSO 4 ; 0.6 g of Na 2 HPO 4 ; 0.1 g KH 2 PO 4 ; 6 g NaCl; 0.065 g of Na citrate; 0.05 g (NH 4 ) 2 SO 4 ; 0.5 g peptone; 0.3 g of glycerol. The prepared medium is seeded with marine bacteria from a cell suspension grown on solid medium (the composition of the solid medium is the same as above, but agar-agar is added at a rate of 20 g / l). The cultivation process is carried out on a rocking chair with aeration at 28-30 ° C. This is a known method of growing photobacteria.
Способность светящихся бактерий генерировать световой поток в видимой области света позволяет, в частности, проводить исследования по воздействию внешних физических факторов на клетки.The ability of luminous bacteria to generate a luminous flux in the visible region of light allows, in particular, to conduct studies on the effects of external physical factors on cells.
Клетки берутся в активной фазе - фазе возрастания интенсивности свечения (обычно через 6-7 часов культивирования). Затем культура делится на две части, примерно по 7-15 мл. Одна часть подвергается воздействию электромагнитного поля - опытный образец, а другая не подвергается воздействию внешнего фактора и служит контролем. В зависимости от времени воздействия облучения на клетки интенсивность свечения облученных бактерий может быть выше или ниже по сравнению с контрольными пробами.Cells are taken in the active phase - the phase of increasing luminous intensity (usually after 6-7 hours of cultivation). Then the culture is divided into two parts, approximately 7-15 ml. One part is exposed to an electromagnetic field - a prototype, and the other is not exposed to an external factor and serves as a control. Depending on the time of exposure to cells, the luminescence intensity of the irradiated bacteria may be higher or lower compared to control samples.
Плотность бактерий в среде контролируется фотоколориметрическим методом с помощью фотоэлектрического фотометра (540 нм). Свечение измеряется с помощью биолюминометра. Так как интенсивность свечения бактерий - легко регистрируемый параметр, то можно быстро, бесконтактным способом, не вмешиваясь в функционирование клетки, регистрировать изменение свечения в широком диапазоне (от 10-4 до 103 мкА) и оценивать изменения, возникающие под действием электромагнитного излучения даже низкой, нетепловой интенсивности.The density of bacteria in the medium is controlled by the photocolorimetric method using a photoelectric photometer (540 nm). Glow is measured using a bioluminometer. Since the intensity of the luminescence of bacteria is an easily recorded parameter, it is possible to quickly, in a non-contact way, without interfering with the functioning of the cell, register a change in luminescence in a wide range (from 10 -4 to 10 3 μA) and evaluate the changes that occur under the influence of electromagnetic radiation even at low non-thermal intensity.
На фиг.1а показана динамика биолюминесценции при времени облучения электромагнитным полем 10 часов. Ярко выражен эффект ингибирования биолюминесцентной реакции. На фиг.1б показан переломный процесс, когда внешнее воздействие не приводит к изменению сигнала биолюминесценции. При увеличении длительности воздействия (15 часов) знак эффекта изменяется, то есть происходит увеличение интенсивности свечения по сравнению с сигналом от контрольного образца (фиг.1в).On figa shows the dynamics of bioluminescence at a time of exposure to an electromagnetic field of 10 hours. The effect of inhibiting the bioluminescent reaction is pronounced. On figb shows a turning point when the external effect does not lead to a change in the bioluminescence signal. With an increase in the duration of exposure (15 hours), the sign of the effect changes, that is, an increase in the glow intensity occurs compared with the signal from the control sample (Fig. 1c).
Поставленная цель достигается благодаря изменениям, которые происходят с бактериями под действием низкоинтенсивного электромагнитного поля частотой 42 ГГц и проявляются в изменении свечения бактерий, сохраняющемся длительное время после окончания воздействия (более 100 часов).This goal is achieved due to changes that occur with bacteria under the influence of a low-intensity electromagnetic field with a frequency of 42 GHz and are manifested in a change in the luminescence of bacteria that lasts a long time after exposure (more than 100 hours).
Сущность способа оценки присутствия слабого нетеплового излучения и длительности его воздействия заключается в следующем. Воздействие электромагнитного излучения на фотобактерии приводит к изменению метаболических процессов в бактериальной культуре, что сопровождается изменением сигнала биолюминесценции. В зависимости от длительности воздействия индуцированный электромагнитным полем эффект может менять знак. Интенсивность свечения облученного образца может превышать интенсивность свечения контрольного образца, не подвергавшегося воздействию электромагнитного поля, при длительном воздействии (фиг.1в), а может быть и ниже уровня контрольного сигнала, как в случае меньшего времени экспозиции (фиг.1а). Таким образом, по отклику биологического объекта можно судить о воздействия электромагнитного поля низкой нетепловой интенсивности и его длительности.The essence of the method for assessing the presence of weak non-thermal radiation and the duration of its exposure is as follows. The effect of electromagnetic radiation on photobacteria leads to a change in metabolic processes in a bacterial culture, which is accompanied by a change in the bioluminescence signal. Depending on the duration of exposure, the effect induced by an electromagnetic field can change sign. The luminescence intensity of the irradiated sample may exceed the luminescence intensity of the control sample, which was not exposed to the electromagnetic field, during prolonged exposure (Fig. 1c), and may be lower than the level of the control signal, as in the case of a shorter exposure time (Fig. 1a). Thus, according to the response of a biological object, one can judge the effect of an electromagnetic field of low non-thermal intensity and its duration.
Миллиметровые электромагнитные волны нетепловой интенсивности используются в медицине (микроволновая терапия или КВЧ-терапия), в народном хозяйстве, при проведении научных исследований. Важными задачами являются оптимизация воздействия электромагнитного излучения при КВЧ-терапии (медицина) и разработка научно обоснованных методов подбора доз облучения для персонала, работающего на установках с миллиметровым излучением (экология).Millimeter-wave electromagnetic waves of non-thermal intensity are used in medicine (microwave therapy or EHF therapy), in the national economy, and during research. Important tasks are the optimization of the effects of electromagnetic radiation during EHF-therapy (medicine) and the development of scientifically sound methods for selecting radiation doses for personnel working in millimeter-wave systems (ecology).
Изложенные выше факты показывают, что данный способ позволяет расширить диапазон возможностей использования биологических объектов для оценки, с одной стороны, присутствия слабого нетеплового электромагнитного излучения и, с другой стороны, дозы, полученной биологическим объектом при его воздействии на фиксированной частоте 42 ГГц. Предлагаемый способ оценки воздействия электромагнитного поля обладает также преимуществом по сравнению с известным, так как критерием оценки является биолюминесцентная реакция бактерий, которая быстро реагирует на изменения окружающей среды. В зависимости от длительности воздействия внешнего фактора может наблюдаться как увеличение, так и уменьшение свечения бактерий.The above facts show that this method allows you to expand the range of possibilities of using biological objects to assess, on the one hand, the presence of weak non-thermal electromagnetic radiation and, on the other hand, the dose received by a biological object when it is exposed to a fixed frequency of 42 GHz. The proposed method for assessing the effects of electromagnetic fields also has an advantage over the known method, since the evaluation criterion is the bioluminescent reaction of bacteria, which quickly responds to environmental changes. Depending on the duration of exposure to an external factor, both an increase and a decrease in the luminescence of bacteria can be observed.
К достоинствам биолюминесцентного способа индикации слабого электромагнитного излучения с помощью биосенсора - светящихся бактерий - можно отнести следующее: высокая чувствительность, достаточная объективность, экспрессность, простота выполнения процедуры оценки влияния излучения, кроме того, работа по определению воздействия не требует дорогостоящего оборудования и реактивов.The advantages of a bioluminescent method for indicating weak electromagnetic radiation using a biosensor - luminous bacteria - include the following: high sensitivity, sufficient objectivity, expressivity, ease of performing the procedure for assessing the effect of radiation, in addition, the work on determining the effect does not require expensive equipment and reagents.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005119244/15A RU2291196C1 (en) | 2005-06-21 | 2005-06-21 | Method for assay of effects of electromagnetic radiation using bioluminescence of microorganisms |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005119244/15A RU2291196C1 (en) | 2005-06-21 | 2005-06-21 | Method for assay of effects of electromagnetic radiation using bioluminescence of microorganisms |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2291196C1 true RU2291196C1 (en) | 2007-01-10 |
Family
ID=37761230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005119244/15A RU2291196C1 (en) | 2005-06-21 | 2005-06-21 | Method for assay of effects of electromagnetic radiation using bioluminescence of microorganisms |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2291196C1 (en) |
-
2005
- 2005-06-21 RU RU2005119244/15A patent/RU2291196C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Popova LIu, Shenderov A.N. Genetic studies of Photobacterium mandapamensis. II. The classification of mutants with an altered luminescence intensity according to their sensitivity to exogenous aldehyde. Genetika. 1979 Sep; 15(9):1555-60. * |
| Rodicheva E.K., Shcherbakova G.L., Fish A.M., Vysotskii E.S., Pozhidaev A.L. Luminescence and growth of Photobacterium mandapamensis in periodic culture. Mikrobiologia. 1978 Sep-Oct; 47(5):810-4. Ast J.C., Dunlap P.V. "Phylogenetic analysis of the lux operon distinguishes two evolutionarily distinct clades of Photobacterium leiognathi. Arch. Microbiol. 2004 May; 181(5):352-61. * |
| ГАПЕЕВ А.Б., САФРОНОВА В.Г., ЧЕМЕРИС Н.К., ФЕСЕНКО Е.Е. Биофизика. 1996, т.41, вып.1, с.205-219. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Stange et al. | ELF magnetic fields increase amino acid uptake into Vicia faba L. roots and alter ion movement across the plasma membrane | |
| Glud et al. | A laboratory study on O2 dynamics and photosynthesis in ice algal communities: quantification by microsensors, O2 exchange rates, 14C incubations and a PAM fluorometer | |
| Eppley et al. | PHYTOPLANKTON GROWTH AND COMPOSITION IN SHIPBOARD CULTURES SUPPLIED WITH NITRATE, AMMONIUM, OR UREA AS THE NITROGEN SOURCE 1 | |
| Morgan et al. | Destruction of phytoplankton in the cooling water supply of a steam electric station | |
| Warkentin et al. | New and fast method to quantify respiration rates of bacterial and plankton communities in freshwater ecosystems by using optical oxygen sensor spots | |
| Rossi et al. | Photo-respirometry to shed light on microalgae-bacteria consortia—a review | |
| Markov | “Biological windows”: a tribute to W. Ross Adey | |
| CN1122147A (en) | Rapid coliform detection system | |
| AR000061A1 (en) | Means to detect within 24 hours the presence or absence of enterococci in a liquid sample whose provenance excludes those taken from humans and higher animals. | |
| CN103675031B (en) | A kind of high-flux cell detection method of toxicity | |
| Shelly et al. | Assessing nutrient status of microalgae using chlorophyll a fluorescence | |
| CN106399457A (en) | Method based on nano mimic enzyme for visually and quickly detecting bio-enzyme, protein and its inhibitor | |
| RU2291196C1 (en) | Method for assay of effects of electromagnetic radiation using bioluminescence of microorganisms | |
| Welschmeyer et al. | A portable, sensitive plankton viability assay for IMO shipboard ballast water compliance testing | |
| Powers et al. | Response to polychlorinated biphenyls of marine phytoplankton isolates cultured under natural conditions | |
| Behravesh et al. | Comparison of genotoxic damage in monolayer cell cultures and three-dimensional tissue-like cell assemblies | |
| Umar et al. | Sensitivity and photoperiodism response of algae-based biosensor using red and blue LED spectrums | |
| Starodub et al. | Nanomaterials: biological effects and some aspects of applications in ecology and agriculture | |
| Li et al. | Comparative study of stress by four heavy metals on Chlamydomonas reinhardtii and the potential application in bbe algae toximeter | |
| CN110746964A (en) | Preparation method of fluorescence sensing material for trace detection of antibiotics in aqueous phase | |
| EP2059481A1 (en) | Control system for uv lamps, and check system for determining the viability of microorganisms | |
| WO2006022823A1 (en) | Detection of microorganisms with a fluorescence-based device | |
| Croute et al. | Effects of autogamy in Paramecium tetraurelia on catalase activity and on radiosensitivity to natural ionizing radiations | |
| RU2202617C1 (en) | Method of indication of anomalous zone | |
| JP3168755B2 (en) | Method for measuring the amount of microorganisms in bioimmobilized carriers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070622 |