Przełom techniczny w badaniach i zastosowaniach mitochondriów
Mitochondria 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 opracował opatentowaną technologię do pomiaru poboru tlenu przez mitochondria, tkanki i żywe komórki. Za opracowanie rozwiązania odpowiadała firma Oroboros Instruments. 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. 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, 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 (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.
Słowa kluczowe
NextGen-O2k, mitochondria, algi, bioenergetyka, biotechnologia, czujnik tlenu, biogospodarka
