Szybkie i łatwo dostępne pomiary natężenia światła przy pomocy fluorescencji
Międzynarodowe badanie wspierane częściowo przez finansowany przez UE projekt DREAM doprowadziło do opracowania dwóch nowych, uzupełniających się metod, które pozwalają na wszechstronne, ale precyzyjne pomiary natężenia światła w systemach obrazowania fluorescencyjnego. Oba protokoły zostały opisane w artykule, który ukazał się w czasopiśmie „Nature Methods”. Dokładny pomiar natężenia światła jest ważnym narzędziem, wykorzystywanym przez naukowców w wielu różnych dziedzinach. W mikroskopach optycznych trzeba wyważyć intensywność światła, aby zoptymalizować sygnały bez efektu fototoksyczności. Biolodzy wykorzystują fotony do stymulowania procesów fizjologicznych. Z kolei dla chemików są one środkiem do inicjowania reakcji pochłaniających światło. „Obecnie możliwość dostarczania precyzyjnej liczby fotonów jest niezwykle ważna dla szerokiej rzeszy biologów, chemików, inżynierów i fizyków”, zauważają autorzy badania w artykule. Jednak większość aktualnie dostępnych technologii nie jest ani wystarczająco wszechstronna, ani dokładna, aby zaspokoić istniejące potrzeby. Nie pozwalają one na przykład mierzyć jednocześnie natężenia światła i rozkładu przestrzennego – przynajmniej nie w szerokim zakresie długości fal i intensywności.
Duża szybkość, wysoka czułość i łatwa dostępność
Naukowcy pracujący pod kierunkiem koordynatora projektu DREAM, Narodowego Centrum Badań Naukowych we Francji, opracowali dwa szybkie, proste i uzupełniające się protokoły, które wykorzystują barwniki organiczne i białka fluorescencyjne jako aktynometry (układy określające liczbę fotonów w wiązce). Te oparte na fluorescencji aktynometry są szybsze i bardziej czułe, a także zapewniają bardziej dostępne dane dla systemów obrazowania. Pierwszy z protokołów bazuje na pięciu molekularnych aktynometrach, które emitują sygnały fluorescencyjne pod wpływem stałego światła. W celu pomiaru natężenia światła aktynometry obejmują całe spektrum światła ultrafioletowego i widzialnego. W określonych warunkach – gdy fotokonwersja zachodzi tak szybko, że ruch cząsteczek jest minimalny – protokół pozwala także mapować przestrzenny rozkład natężenia światła. Jak podają autorzy badania, zespół stawia sobie także za cel „udostępnienie fluorescencyjnych aktynometrów różnym grupom użytkowników końcowych”. W związku z tym wybrano łatwo syntetyzowalne związki chemiczne dla chemików oraz białka i organizmy fotosyntetyzujące dla biologów. Drugi protokół stanowi uzupełnienie fluorescencyjnych aktynometrów z pierwszego protokołu, których ograniczone zakresy pochłaniania światła wymagają kilku aktynometrów, aby objąć cały zakres długości fal. Protokół ten wykorzystuje fotochemicznie obojętny fluorofor – cząsteczkę o właściwościach fluorescencyjnych, która pochłania fotony i emituje fotony o niższej energii. Fluorofor przenosi informacje o intensywności światła z jednej długości fali – mierzonej za pomocą fluorescencyjnego aktynometru z pierwszego protokołu – na inną.
Dwa lepsze niż jeden
„Dwa nowe protokoły mogą być wykorzystywane razem w warunkach słabego oświetlenia, przy krótszych okresach i przy szerszym zakresie długości fal niż konwencjonalne metody”, czytamy w komunikacie prasowym zespołu w serwisie „EurekAlert!”. Protokoły służą do dokładnego pomiaru przestrzennego rozkładu światła w różnych systemach obrazowania fluorescencyjnego oraz do kalibracji oświetlenia w dostępnych na rynku instrumentach i źródłach światła. Autorzy spodziewają się też, że opracowane przez nich protokoły umożliwią poszerzenie naukowej wiedzy na temat wpływu światła na zdrowie i żywotność organizmów biologicznych. Zespół oferuje dostęp online do właściwości aktynometrów oraz do kodów i przyjaznych dla użytkownika aplikacji dotyczących danych, aby ułatwić wykorzystanie aktynometrów w różnych dyscyplinach. Projekt DREAM (Dynamic Regulation of photosynthEsis in light-Acclimated organisMs) jest poświęcony opracowaniu pionierskich protokołów w zakresie oświetlenia, oprzyrządowania i gromadzenia danych, mających na celu wspieranie rozwoju rolnictwa precyzyjnego w zoptymalizowanych i kontrolowanych środowiskach, takich jak szklarnie, uprawy pionowe i ogrody wewnętrzne. Prace w ramach projektu dobiegną końca w 2026 roku. Więcej informacji: strona projektu DREAM
Słowa kluczowe
DREAM, światło, natężenie światła, foton, fluorescencyjne, aktynometr, protokół