Są różne metody biomonitoringu zanieczyszczeń, które można wykonywać za pomocą gatunków wyraziście reagujących na dawkę zanieczyszczeń (poziom pewnej szkodliwej substancji). Można tu zastosować indykatory reagujące, wykazujące łatwo zauważalne i mierzalne reakcje organizmu na określony poziom zanieczyszczeń oraz indykatory akumulujące (biomonitory), które w danych warunkach charakteryzują się podwyższoną zawartością danych związków chemicznych. Biomonitoring może odbywać się w sposób pasywny przez bioindykatory rodzime (obserwacja organizmów, które żyją w naturalnym środowisku w obszarze objętym badaniami) lub aktywny przez bioindykatory transplantowane (wykrywanie zanieczyszczeń przez obserwację organizmów pochodzących z innych miejsc, o poznanym genotypie i znanych reakcjach na działanie substancji toksycznych w obszarze badań). Wśród bioindykatorów wyróżnia się indykatory biologiczne albo organizmy monitorowe w zależności od rodzaju obserwacji, jaki prowadzimy. W tym przypadku rzadko wykorzystywane są zwierzęta – w przeciwieństwie do stale poszerzającej się listy indykatorów roślinnych i porostowych. Dlatego uważam, że sytuacja ta powinna ulec zmianie, a wykorzystanie do biomonitoringu zwierząt towarzyszących człowiekowi (koty, psy, myszy i szczury laboratoryjne) czy nawet samych ludzi powinno stać się powszechnym zjawiskiem.
Monitoring środowiska jest jednak ściśle związany z badaniami długookresowymi, co w wielu przypadkach jest ogromnym utrudnieniem. A gdyby tak podobne badania wykonywać w ciągu jednej do dwóch godzin? Wydaje się to raczej niemożliwe. W dodatku przydałyby się w tym zakresie szybkie i wiarygodne testy. To nieprawdopodobny luksus w porównaniu z dotychczasowymi żmudnymi metodami. Podobna sytuacja dotyczy sfery bezpieczeństwa żywności, chociaż, żeby zapewnić biobezpieczeństwo i bezpieczeństwo żywności, szybkie i wiarygodne testy są najważniejszymi aspektami w funkcjonowaniu laboratoriów mikrobiologicznych. To dzięki nim będzie możliwe zarówno zapewnienie bezpieczeństwa środowiska, osób wykonujących osób wykonujących badania, samych badań, jak i wyeliminowanie ryzyka pomyłki. Okazuje się, że Arun K. Bhunia i Patrick Banerjee opracowali biosensory (żywe komórki ssacze spełniające wyżej wymienione kryteria) do szybkiego wykrywania wielu patogenów i toksyn. Mają one zastosowanie w bezpieczeństwie żywności. Dzięki temu można ocenić stopień zagrożenia patogenami zawartymi w badanym materiale oraz podjąć decyzję, jakie środki należy przedsięwziąć, aby zminimalizować ryzyko infekcji.
A jeśli określonego laboratorium nie stać na wprowadzenie do badań monitoringowych żywych biosensorów, to co nam pozostaje? Pozostać przy obecnych metodach czy znaleźć alternatywę? Mikołaj Gogol napisał w „Aforyzmach Gogola”, że „Na nic zda się nasza wiedza teoretyczna, skoro nie potrafimy przekształcić jej w czyn”. Najlepszym sposobem jest zatem znalezienie własnego rozwiązania przy wykorzystaniu wszelkich dostępnych środków i nauk – podobnie jak w 1956 roku zrobiła to firma Ericsson, która wprowadziła pierwszy telefon bezprzewodowy o wadze 40 kg i wielkości walizki. Wówczas gabaryty komórki były równie duże, jak wysoka była cena – równa nawet ówczesnej wartości samochodu dobrej marki. Z biegiem czasu i rozwojem technologii wielkość telefonów komórkowych uległa zmianie, tak, jak i zawarte w nich funkcje. Współczesny telefon komórkowy, oprócz realizowania podstawowej funkcji prowadzenia rozmowy, z reguły wyposażony jest w wiele dodatkowych opcji (kamerę, aparat fotograficzny, nawigację samochodową odtwarzacz mp3, a czasami stanowi nawet minikomputer z łączem internetowym). Jest zatem urządzeniem wielofunkcyjnym wyposażonym w ogrom aplikacji, które możemy stosować na co dzień. Co ciekawsze, dostępne aplikacje umożliwiają już nawet pomiar temperatury w piekarniku.
Zasadna jest zatem refleksja, czy w przyszłości nie byłoby możliwe utworzenie aplikacji do monitorowania środowiska i określonych gatunków. Ale co się stanie, gdy w miarę rozwoju najnowszych technologii urządzenia ponownie zostaną skompresowane i tym samym użycie ich w samym centrum głuszy – z dala od prądu – będzie utrudnione? Albo z drugiej strony, jak małe urządzenia są możliwe do zastosowania w biomonitoringu bez konieczności ciągłego ładowania? Wówczas z pewnością przyda się wynalazek Zhong Lin Wanga z Georgia Technology Institute, który stworzył nanogeneratory zdolne do zasilania konwencjonalnych urządzeń elektronicznych dzięki wytwarzaniu energii o napięciu trzech woltów i natężeniu 300 nanoamperów. Według Zhong Lin Wanga, za parę lat dzięki szybkiemu tempu udoskonalania produktu możliwe będzie wbudowywanie go właśnie w urządzenia do monitorowania środowiska. Prowadzone rozważania można więc poszerzyć o inne możliwości. Skoro tego typu nanogeneratory umożliwiające zasilanie nowoczesnych odtwarzaczy mp3 czy rozruszników serca powstaną najprawdopodobniej w ciągu 3-5 lat, to czy możliwe będzie zastosowanie podobnych nanogeneratorów do zasilania sensorów przytwierdzonych do skóry niczym plaster i monitorujących ustrój wewnętrzny człowieka w celu wykrycia chorób, bakterii, wirusów lub toksyn pochodzących ze środowiska? Prawdopodobnie tak.
A jeśli chodzi o kwestię biosensorów, to pojawia się kolejne pytanie: jak wprowadzić je do wnętrza organizmu? Wydaje się, że u kobiet najlepiej sprawdzałby się krem do twarzy – aplikacja jest łatwa, przyjemna, z pożytkiem dla urody i zdrowia, a w dodatku z zastosowaniem nowej techniki. Alternatywą (chyba najczęściej stosowaną) będzie wprowadzenie określonych bioindykatorów bądź biosensorów do produktów mlecznych, dzięki czemu monitorowanie mogłoby być prowadzone w znacznie szerszej skali. Środowiskiem do badania byłby ustrój człowieka, nośnikiem mogłyby być przetwory mleczne (albo izolaty białek serwatkowych), a bioindykatorem – bakterie (produkujące konkretne metabolity) wprowadzone wraz z pożywieniem. Dzięki nim byłoby można precyzyjnie zbadać i natychmiast określić dokładny skład mikroflory jelitowej lub też stwierdzić, czy dana osoba jest uczulona na mleko, czy też tylko i wyłącznie występuje u niej nietolerancja laktozy. Ta nowoczesna technologia mogłaby także pomóc w badaniach nad otyłością, które pośrednio związane są z moją pracą doktorską. Spożywanie preparatów serwatkowych oprócz korzystnego działania na organizm człowieka, ułatwiłyby aspekt monitoringu naszego organizmu poprzez wyselekcjonowane bioindykatory.
Każdy z nas jest indywidualnością, a zatem inaczej reagujemy na różne składniki zawarte w pokarmach czy związki występujące w środowisku. Wówczas można by było za pomocą bioindykatorów albo biosensorów stwierdzić, jakie pokarmy spożywane przez określonych ludzi wywołują u nich tycie, czy też poznać dokładną sekwencję genów odpowiedzialnych za przybieranie na wadze, co mogłoby doprowadzić do wzrostu wartości BMI wynoszącej 35. Co więcej, podobne preparaty serwatkowe można by było wykorzystać wśród zwierząt towarzyszących człowiekowi, aby przejęły rolę porostów, ośliczki czy też larw jętki, które o wiele trudniej monitorować niż „nasze” zwierzęta. Wiele aspektów tej dziedziny już zostało zbadanych, Isaac Newton jednak miał rację, mówiąc, że to, „Co my wiemy, to tylko kropelka. Czego nie wiemy, to cały ocean”. Należy zatem tylko mieć chęci do odkrywania świata, pomysły i możliwości do ich zrealizowania.
Niektórzy mogliby posądzić mnie o teoretyzowanie, ale sam Albert Einstein twierdził, że „wyobraźnia jest ważniejsza od wiedzy”. Jak łatwo można zatem przedstawione nowe technologie wykorzystać u zwierząt? A gdyby tak wprowadzić do danego gatunku genoczujniki o określonej sekwencji w celu wyszukania genów decydujących o ich wąskim zakresie tolerancji ekologicznej dla danego czynnika, na przykład toksyn? Pójdźmy dalej, zmodyfikujmy teraz ten gen (aby zwierzę reagowało na toksyczne substancje dla człowieka bądź silne alergeny) i wprowadźmy do genomu dowolnego zwierzęcia. Najlepiej będzie wybrać zwierzę powszechnie towarzyszące człowiekowi, na przykład kota lub psa. Będzie ono wskazywało tereny nieodpowiednie dla osób wrażliwych na daną substancję dzięki pojawianiu się na futrze plam czy przebarwień. Gen można zmodyfikować również w drugą stronę. Futro królika będzie przybierało szaro-fioletową barwę w przypadku zmiany parametrów stanu środowiska lub braku określonego czynnika na danym obszarze. W ten sposób można również ocenić stan siedliska innych gatunków zwierząt.
Może dzięki tym wszystkim metodom alternatywnym wykorzystującym nowe technologie możliwe byłoby wykorzystanie biomonitoringu w Polsce w jeszcze szerszym zakresie, niż jest to czynione po wejściu do UE? Całkiem możliwe. Teraz jednak nasuwa mi się inne pytanie. Jak odczytać otrzymane wyniki z tak niewielkich urządzeń jak biosensory czy genoczujniki? Do tego chyba przydałby się kompresor do przedmiotów, aby wszystko zmniejszać bądź powiększać w razie potrzeby. Na to jednak – i wszystko inne – świat nauki musi jeszcze poczekać. Pytanie tylko, czy tak długo, jak nam się wydaje? Poza tym, może przy okazji naukowcom uda się odkryć rzeczy nieplanowane. Zdaniem Władysława Grzeszczyka, „Wiedza przygotowuje drogi. Ale czyny i tak zwykle chodzą na przełaj”.
Patrycja Grala
Studentka studiów doktoranckich Instytut Rozrodu Zwierząt i Badań Żywności Polskiej Akademii Nauk w Olsztynie
BIBLIOGRAFIA:
1. Łoś M., Węgrzyn G. 2005. Elektryczne biochipy. Kosmos, 54, (267–268): 175–182.
2. Makomaska - Juchiewicz M. (red.) 2010. Monitoring gatunków zwierząt. Przewodnik metodyczny. Część I. GIOŚ, Warszawa.
3. Banerjee P., Bhunia A. K. 2009. Mammalian cell-based biosensors for pathogens and toxins. Trends in Biotechnology, 27/3, p.179-188.
4. Banerjee P., Bhunia A. K. 2010. Cell-based biosensor for rapid screening of pathogens and toxins. Biosensors and Bioelectronics 26, p. 99–106.
5. Roo – Zielińska E., Solon J., Degórski M. 2007. Ocena stanu i przekształceń środowiska przyrodniczego na podstawie wskaźników geobotanicznych, krajobrazowych i glebowych (podstawy teoretyczne i przykłady zastosowań). Monografia. Instytut Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania im. Stanisława Leszczyckiego PAN, Warszawa.
6. Salamonowicz M. 2011. Bezpieczeństwo w laboratoriach mikrobiologicznych. Laboratorium, 9-10/9, p. 28.
7. Traczewska T. M. 2011. Biologiczne metody skażenia środowiska. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław.
8. Qin Y., Wang X.D., Wang Z.L. 2008. Microfiber - Nanowire Hybrid Structure for Energy Scavenging. Nature, 451, p. 809-813.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz