Biofoton - Biophoton - Wikipedia

Pro vědu o interakcích světla a živých bytostí viz biofotonika.

Biofotony (z řecký βίος znamenající „život“ a φῶς znamenající „světlo“) jsou fotony světla v ultrafialový a slabé viditelné světlo sortiment, který vyrábí a biologický systém. Jsou netermálního původu a emise biofotonů jsou technicky typem bioluminiscence, ačkoli bioluminiscence je obecně vyhrazena pro vyšší jas luciferin /luciferáza systémy. Termín biofoton použitý v tomto užším smyslu by neměl být zaměňován s širším polem biofotonika, který studuje obecnou interakci světla s biologickými systémy.

Biologické tkáně obvykle produkují pozorované záření ve viditelné a ultrafialové frekvenci od 10−17 do 10−23 W / cm2 (přibližně 1-1 000 fotonů / cm2/druhý).[1] Tato nízká úroveň světla má mnohem slabší intenzitu než viditelné světlo produkované bioluminiscencí, ale biofotony jsou detekovatelné nad pozadím tepelné záření který je emitován tkáněmi při jejich normální teplotě.

I když detekci biofotonů hlásilo několik skupin,[2][3][4] hypotézy, že takové biofotony naznačují stav biologických tkání a usnadňují formu buněčné komunikace, jsou stále předmětem výzkumu,[5][6] Alexander Gurwitsch, který objevil existenci biofotonů, získal cenu Stalinova cena v roce 1941 za jeho práci.[7]

Detekce a měření

Biofotony mohou být detekovány pomocí fotonásobiče nebo pomocí ultra nízkého šumu CCD kamera k vytvoření obrazu s použitím doby expozice obvykle 15 minut pro rostlinné materiály.[8][9] Trubice fotonásobiče byly také použity k měření emisí biofotonů z rybích vajec,[10] a některé aplikace měřily biofotony ze zvířat a lidí.[11][12][13]

Typický pozorovaný záření biologických tkání ve viditelné a ultrafialové frekvenci se pohybuje od 10−17 do 10−23 W / cm2 s počtem fotonů od několika do téměř 1000 fotonů na cm2 v rozsahu 200 nm až 800 nm.[1]

Navrhované fyzikální mechanismy

Chemi-excitace přes oxidační stres podle reaktivní formy kyslíku a / nebo katalýza podle enzymy (tj., peroxidáza, lipoxygenáza ) je běžná událost v biomolekulách prostředí.[14] Takové reakce mohou vést k tvorbě trojice vzrušené druhy, které se uvolňují fotony po návratu na nižší úroveň úroveň energie v procesu analogickém k fosforescence. To, že tento proces je faktorem přispívajícím ke spontánní emisi biofotonů, naznačily studie prokazující, že emise biofotonů lze zvýšit vyčerpáním testované tkáně antioxidanty[15] nebo přidáním karbonylových derivatizačních činidel.[16] Další podporu poskytují studie naznačující, že emise lze zvýšit přidáním reaktivní formy kyslíku.[17]

Rostliny

Zobrazování biofotonů z listů bylo použito jako metoda pro testování R genových odpovědí.[18] Tyto geny a jejich přidružené proteiny jsou zodpovědné za patogen rozpoznávání a aktivace obranných signalizačních sítí vedoucích k přecitlivělé reakci,[19] což je jeden z mechanismů odolnosti rostlin proti patogenní infekci. Zahrnuje generování reaktivních forem kyslíku (ROS), které hrají klíčovou roli signální transdukce nebo jako toxické látky vedoucí k buněčné smrti.[20]

Biofotony byly pozorovány také v kořenech stresovaných rostlin. Ve zdravých buňkách je koncentrace ROS minimalizována systémem biologických antioxidantů. Tepelný šok a další napětí však mění rovnováhu mezi oxidačním stresem a antioxidační aktivitou, například rychlý nárůst teploty indukuje emise biofotonů pomocí ROS.[21]

Předpokládané zapojení do buněčné komunikace

Ve 20. letech 20. století ruský embryolog Alexander Gurwitsch uvádí „ultraslabé“ emise fotonů ze živých tkání v UV spektru. Pojmenoval je „mitogenetické paprsky“, protože jeho experimenty ho přesvědčily, že mají stimulační účinek buněčné dělení.[22]

V 70. letech Fritz-Albert Popp a jeho výzkumná skupina na University of Marburg (Německo ) ukázal, že spektrální distribuce emise klesla v širokém rozsahu vlnových délek, od 200 do 750 nm.[23]

Jeden biofotonový mechanismus se zaměřuje na poškozené buňky, které jsou pod vyššími hladinami oxidační stres, který je jedním ze zdrojů světla a lze jej považovat za „nouzový signál“ nebo chemický proces na pozadí, ale tento mechanismus je ještě třeba prokázat.[Citace je zapotřebí ] Obtížnost vyloučit účinky jakýchkoli předpokládaných biofotonů uprostřed dalších četných chemických interakcí mezi buňkami znesnadňuje vypracování testovatelné hypotézy. Recenzní článek z roku 2010 pojednává o různých publikovaných teoriích o tomto druhu signalizace.[24]

Viz také

Poznámky

  1. ^ A b Popp, Fritz (2003). "Vlastnosti biofotonů a jejich teoretické důsledky". Indian Journal of Experimental Biology. 41 (5): 391–402. PMID  15244259.
  2. ^ Takeda, Motohiro; Kobayashi, Masaki; Takayama, Mariko; Suzuki, Satoshi; Ishida, Takanori; Ohnuki, Kohji; Moriya, Takuya; Ohuchi, Noriaki (2004). "Detekce biofotonů jako nová technika pro zobrazování rakoviny". Cancer Science. 95 (8): 656–61. doi:10.1111 / j.1349-7006.2004.tb03325.x. PMID  15298728.
  3. ^ Rastogi, Anshu; Pospíšil, Pavel (2010). „Extrémně slabá emise fotonů jako neinvazivní nástroj pro sledování oxidačních procesů v epidermálních buňkách lidské kůže: Srovnávací studie na hřbetní a dlaňové straně ruky“. Výzkum a technologie kůže. 16 (3): 365–70. doi:10.1111 / j.1600-0846.2010.00442.x. PMID  20637006.
  4. ^ Niggli, Hugo J. (1993). „Umělé sluneční záření indukuje ultraslabé emise fotonů ve fibroblastech lidské kůže“. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 18 (2–3): 281–5. doi:10.1016 / 1011-1344 (93) 80076-L. PMID  8350193.
  5. ^ Bajpai, R (2009). Biofotony: vodítko k rozluštění tajemství „života“ - Kniha = Bioluminiscence v ohnisku - sbírka osvětlujících esejů; ed Meyer-Rochow VB; Res Signpost Trivandrum. 1. str. 357–385.
  6. ^ arXiv, rozvíjející se technologie z. „Existují v našem mozku optické komunikační kanály?“. Recenze technologie MIT. Citováno 9. září 2017.
  7. ^ Beloussov, LV; Opitz, JM; Gilbert, SF (1997). „Život Alexandra G. Gurwitsche a jeho relevantní příspěvek k teorii morfogenetických polí“. International Journal of Developmental Biology. 41 (6): 771–7, komentář 778–9. PMID  9449452.
  8. ^ Bennett, Mark; Mehta, Monaz; Grant, Murray (2005). „Biofotonové zobrazování: nedestruktivní metoda stanovení odpovědí genů R“. MPMI. 18 (2): 95–102. doi:10.1094 / MPMI-18-0095. PMID  15720077.
  9. ^ Takeda, M; Kobayashi, M; Takayama, M; et al. (Srpen 2004). "Detekce biofotonů jako nová technika pro rakovinu". Cancer Science. 95 (8): 656–61. doi:10.1111 / j.1349-7006.2004.tb03325.x. PMID  15298728.
  10. ^ Yirka, Bob (květen 2012). „Výzkum naznačuje, že buňky komunikují prostřednictvím biofotonů“. Citováno 26. ledna 2016.
  11. ^ Masaki, Kobayashi; Daisuke, Kikuchi; Hitoshi, Okamura (2009). „Zobrazování ultra slabých spontánních emisí fotonu z lidského těla se zobrazením denního rytmu“. PLOS ONE. 4 (7): e6256. Bibcode:2009PLoSO ... 4,6256K. doi:10,1371 / journal.pone.0006256. PMC  2707605. PMID  19606225.
  12. ^ Dotta, B.T .; et al. (Duben 2012). „Zvýšená emise fotonů z hlavy při představě světla ve tmě koreluje se změnami v elektroencefalografické síle: podpora Bokkonovy biofotonové hypotézy“. Neurovědy Dopisy. 513 (2): 151–4. doi:10.1016 / j.neulet.2012.02.021. PMID  22343311.
  13. ^ Joines, William T .; Baumann, Steve; Kruth, John G. (2012). "Elektromagnetická emise z člověka během soustředěného záměru". Journal of Parapsychology. 76 (2): 275–294.
  14. ^ Cilento, Giuseppe; Adam, Waldemar (1995). "Od volných radikálů k elektronicky vzrušeným druhům". Volná radikální biologie a medicína. 19 (1): 103–14. doi:10.1016 / 0891-5849 (95) 00002-F. PMID  7635351.
  15. ^ Ursini, Fulvio; Barsacchi, Renata; Pelosi, Gualtiero; Benassi, Antonio (1989). „Oxidační stres v srdci krysy, studie o nízkoúrovňové chemiluminiscenci“. Journal of Bioluminiscence and Chemiluminescence. 4 (1): 241–4. doi:10,1002 / bio.1170040134. PMID  2801215.
  16. ^ Kataoka, Yosky; Cui, Yilong; Yamagata, Aya; Niigaki, Minoru; Hirohata, Toru; Oishi, Noboru; Watanabe, Yasuyoshi (2001). „Oxidace nervové tkáně závislá na aktivitě vyzařuje skutečné ultra slabé fotony“. Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 285 (4): 1007–11. doi:10.1006 / bbrc.2001.5285. PMID  11467852.
  17. ^ Boveris, A; Cadenas, E; Reiter, R; Filipkowski, M; Nakase, Y; Šance, B (1980). „Orgánová chemiluminiscence: Neinvazivní test pro reakce oxidačních radikálů“. Sborník Národní akademie věd. 77 (1): 347–351. Bibcode:1980PNAS ... 77..347B. doi:10.1073 / pnas.77.1.347. PMC  348267. PMID  6928628.
  18. ^ M, Bennett; M, Mehta; M, Grant (únor 2005). „Biofotonové zobrazování: nedestruktivní metoda stanovení odpovědí genů R“. Molekulární interakce rostlin a mikrobů: MPMI. PMID  15720077. Citováno 2020-05-25.
  19. ^ Iniguez, A. Leonardo; Dong, Yuemei; Carter, Heather D; Ahmer, Brian M. M; Stone, Julie M; Triplett, Eric W (2005). "Regulace enterické endofytické bakteriální kolonizace obranou rostlin". Molekulární interakce rostlin a mikrobů. 18 (2): 169–78. doi:10.1094 / MPMI-18-0169. PMID  15720086.
  20. ^ Kobayashi, M; Sasaki, K; Enomoto, M; Ehara, Y (2006). „Vysoce citlivé stanovení přechodné tvorby biofotonů během hypersenzitivní reakce na virus mozaiky okurek u cowpea“. Journal of Experimental Botany. 58 (3): 465–72. doi:10.1093 / jxb / erl215. PMID  17158510.
  21. ^ Kobayashi, Katsuhiro; Okabe, Hirotaka; Kawano, Shinya; Hidaka, Yoshiki; Hara, Kazuhiro (2014). "Emise biofotonu vyvolaná tepelným šokem". PLOS ONE. 9 (8): e105700. Bibcode:2014PLoSO ... 9j5700K. doi:10.1371 / journal.pone.0105700. PMC  4143285. PMID  25153902.
  22. ^ Gurwitsch, A. A (1988). "Historický přehled problému mitogenetického záření". Experientia. 44 (7): 545–50. doi:10.1007 / bf01953301. PMID  3294029.
  23. ^ Wijk, Roeland Van; Wijk, Eduard P.A. Van (2005). "Úvod do emise lidských biofotonů". Výzkum doplňkové medicíny. 12 (2): 77–83. doi:10.1159/000083763. PMID  15947465.
  24. ^ Cifra, Michal; Fields, Jeremy Z; Farhadi, Ashkan (2011). "Elektromagnetické buněčné interakce". Pokrok v biofyzice a molekulární biologii. 105 (3): 223–46. doi:10.1016 / j.pbiomolbio.2010.07.003. PMID  20674588.

externí odkazy

Odkaz

Beloussov, L.V, V.L. Voeikov, V.S. Martynyuk. Biofotonika a koherentní systémy v biologiiSpringer, 2007. ISBN  978-0387-28378-4