2.02.2021 №5

image

Инновационные результаты ученых Института физики им. Б.И. Степанова вошли в топ-10 достижений НАН Беларуси за 2020 год.

Инновационные результаты ученых Института физики им. Б.И. Степанова в области изучения закономерностей действия оптического излучения на репродуктивную систему животных, опубликованные в 2020 году в высокорейтинговых европейских и американских журналах, а также в коллективной монографии в США, получили высокую оценку научного сообщества НАН Беларуси.

Разработаны подходы, направленные на повышение эффективности использования лазерно-оптических методов в репродуктивных биотехнологиях за счет повышения подвижности сперматозоидов и их сохранности. С использованием люминесцентных и хемилюминесцентных методов установлены и идентифицированы соединения, способные при воздействии света генерировать в сперме активные формы кислорода (АФК), играющие активирующую сигнальную роль при их малых концентрациях и ингибирующие функциональные характеристики сперматозоидов при высокой концентрации АФК.

Использование лазерного излучения в науках о жизни давно стало одной из визитных карточек Института физики. При этом внимание ученых уделялось исследованию фотофизических и фотохимических механизмов, лежащих в основе биоактивности лазерного излучения и фототерапевтических методов лечения, а также аппаратурному обеспечению лазерно-оптических технологий в медицинской практике.

Активное внедрение клеточных репродуктивных технологий в животноводстве является приоритетным направлением в экономической политике передовых стран мира. Для интенсивного разведения животных большое значение приобретает качество спермопродукции. Одним из экологически чистых методов повышения репродуктивных свойств спермы является использование методов фотомодуляции, основанной на воздействии на сперматозоиды оптического излучения низкой интенсивности. При этом первые результаты, достоверно свидетельствующие об успешном применении лазерного излучения для стимуляции функциональных характеристик спермы человека и животных, появились в научной литературе более 35 лет тому назад.

Несмотря на обширные данные об использовании оптического излучения различных параметров в репродуктивных биотехнологиях, неясным был вопрос о молекулах-акцепторах оптического излучения, взаимодействие света с которыми приводило к изменению функциональных характеристик сперматозоидов. Незнание таких молекул и механизмов не позволяет целенаправленно подходить к вопросу об оптимальной длине волны излучения для фотостимуляции, о методах повышения биологической активности света и других важных вопросах для практического внедрения метода.

Для решения поставленных задач были объединены усилия ихтиологов, физиков-лазерщиков и спектроскопистов, химиков. Исследования, выполненные сотрудниками Института физики совместно со специалистами кафедры ихтиологии и рыбоводства БГСХА (г. Горки), позволили с помощью спектрально-флуоресцентного анализа впервые обнаружить и идентифицировать в сперме безметальные порфирины (протопорфирин IX). Они способны наряду с флавиновыми фотосенсибилизаторами генерировать активные формы кислорода при воздействии излучения видимой области спектра.

Установлено, что эффективность образования активных форм кислорода в образцах спермы достоверно выше при воздействии излучения зеленой области спектра, чем при воздействии излучения красного спектрального диапазона. Мы получили убедительные доказательства более выраженного стимулирующего эффекта излучения красной области.

Контролируя параметры движения сперматозоидов с помощью компьютерной системы анализа спермы, показано, что в зависимости от энергетической дозы и режимов воздействия излучение способно оказывать как стимулирующее, так и ингибирующее влияние на моторику сперматозоидов, а также на поддержание функциональных характеристик спермы при хранении. По нашему мнению, причиной такого бифазного характера исследуемых дозовых зависимостей, а также наблюдаемого снижения стимулирующего эффекта при переходе от излучения красной области спектра к зеленой является способность активных форм кислорода при малых концентрациях выступать в качестве сигнальной молекулы, оказывающей стимулирующее влияние на протекание физиологических процессов в живом организме.

Следует отметить, что механизм регуляторного действия света на биосистемы не сводится только к образованию высокореакционных кислородных форм. Подтверждение тому – отсутствие выраженных корреляций между величиной фотобиологического эффекта и уровнем наработки активных форм кислорода под действием света.

Результаты, полученные на сперме рыб, имеют общебиологическое значение: исследования, выполненные сотрудниками Института физики НАН Беларуси уже в 2021 году совместно с учеными НПЦ НАН Беларуси по животноводству, показали наличие тех же акцепторов лазерного излучения и в сперме других животных, что открывает перспективы широкого использования лазерно-оптических методов в репродуктивных биотехнологиях сельскохозяйственных животных.

Виталий ПЛАВСКИЙ, Александр МИКУЛИЧ, Антонина ТРЕТЬЯКОВА, Игорь ЛЕУСЕНКО

Институт физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси

На фото: авторы материала

Фото Е. Пашкевич, «Навука»