Przełom techniczny w badaniach i zastosowaniach mitochondriów
Mitochondria(odnośnik otworzy się w nowym oknie) to swego rodzaju elektrownie komórkowe, które przekształcają energię z pożywienia w biochemiczne nośniki energii. Biorą udział w rozwoju chorób, takich jak cukrzyca oraz choroby nowotworowe i neurodegeneracyjne. Ich funkcjonowanie ma wpływ na związane z wiekiem osłabienie mięśni i zdolności poznawczych, które stanowi duży problem w społeczeństwie. Pomiar funkcji mitochondrialnych może być zatem wykorzystywany do prognozowania rozwoju choroby, a także diagnozy i leczenia.
Czuły czujnik tlenu do pomiaru funkcji mitochondriów
Zespół finansowanego przez UE projektu NextGen-O2k(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracował opatentowaną technologię do pomiaru poboru tlenu przez mitochondria, tkanki i żywe komórki. Za opracowanie rozwiązania odpowiadała firma Oroboros Instruments(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Po latach prac powstała technologia do badania roli oddychania komórkowego w utrzymaniu zdrowia i rozwoju chorób oraz pomiaru fotosyntezy u alg. „NextGen-O2k pozwala na scharakteryzowanie profilu metabolicznego organelli przekształcających energię, z wysoką czułością i za pomocą jednego urządzenia”, wyjaśnia Erich Gnaiger, koordynator projektu i dyrektor wykonawczy w firmie Oroboros Instruments. Technologia składa się z czujnika elektrochemicznego, który mierzy stężenie tlenu w komorze i przy pomocy specjalistycznego oprogramowania oblicza oddychanie mitochondrialne lub fotosyntezę alg. Rozwiązanie powstało we współpracy z firmą zajmującą się mechatroniką, WGT Elektronik and HTech (Haider Technology Consulting), która pomogła w rozwoju oprogramowania.
Zalety NextGen-O2k
Obecnie wykorzystywane metody badania metabolizmu mitochondriów i chloroplastów wymagają jednoczesnego użycia kilku urządzeń. Wiąże się to jednak z wysokimi kosztami oraz niską czułością i rozdzielczością, co tworzy potrzebę opracowania niezawodnego i dokładnego urządzenia do pomiaru różnych aspektów bioenergetyki komórkowej. Rozwiązanie opracowane w ramach projektu NextGen-O2k wychodzi naprzeciw tym potrzebom, oferując możliwość pomiaru oddychania komórkowego i badania fotosyntezy u alg w dokładny, niedrogi i szybszy sposób. W tym celu partnerzy zaprojektowali wielomodułową konfigurację, m.in. nowatorskie, niedostępne jeszcze na rynku czujniki, które mogą oszacować stan redoks złącza Q(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Co więcej, urządzenie zawiera różne moduły do pomiaru innych parametrów (potencjał membranowy, produkcja ATP, pH), aby uzyskać bardziej kompletne informacje na temat bioenergetyki. Partnerzy stworzyli ekosystem do integracji i wymiany wiedzy i technologii, w którego skład wchodzi ponad 700 laboratoriów w 49 krajach. Wprowadzenie technologii NextGen-O2k na rynek jest planowane na marzec 2022 roku.
Zastosowania NextGen-O2k w biotechnologii
Bioenergetyka(odnośnik otworzy się w nowym oknie), nauka o przekształcaniu energii komórkowej, to ekscytująca dziedzina, która oferuje nowe możliwości w zakresie badań nad lekami. Związek funkcji mitochondriów z patologią niewątpliwie podkreśla znaczenie badań nad mitochondriami w opiece zdrowotnej. Dziedzina ta wspiera także wysiłki w zakresie poszukiwania zrównoważonych źródeł paliwa i żywności, co pozwoli przeciwdziałać zmianie klimatu. Algi są organizmami o ogromnym znaczeniu dla biotechnologii, ponieważ w procesie fotosyntezy mogą przekształcać duże ilości energii słonecznej w bioprodukty, wiążąc jednocześnie CO2. Zrównoważona produkcja biomasy glonów opiera się na optymalnej bioenergetyce, gdzie mitochondria i chloroplasty kontrolują metabolizm energetyczny i tempo wzrostu. Proponowane przez zespół NextGen-O2k rozwiązanie może pomóc w badaniu metabolizmu alg i pozwoli na wykorzystanie ich potencjału w biogospodarce, czyniąc ją bardziej przyjazną dla społeczeństwa.
Kultura zrównoważonego rozwoju
Technologia NextGen-O2k integruje koncepcję odtwarzalności i zrównoważonego rozwoju, przy jednoczesnych niskich kosztach eksploatacji. W tym celu stworzone w ramach projektu bezpłatne czasopismo naukowe Bioenergetics Communications(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (BEC) wprowadza „żywą komunikację”, która stanowi kompromis pomiędzy między szybkim udostępnianiem nowych metod badawczych i wyników, skutecznym zapobieganiem szybko rosnącej liczbie publikacji oraz kontrolą jakości w celu zapewnienia odtwarzalności i trwałości.
