Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы
В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 11.11.2015 № 14.616.21.0053 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 11.11.2015 по 31.12.2015 выполнялись следующие работы:
Перечень работ, выполняемых за счет средств субсидии:
1.1 Аналитический обзор литературы.
1.2 Построение кинетических кривых развития ответа на воздействие терагерцового излучения геносенсоров на основе промоторов генов E. coli, чувствительных к окислительному стрессу, присутствию в среде ионов металлов и антибиотиков.
1.3 Определение стрессовых систем E. coli, задействованных в ответе на терагерцовое излучение.
1.4 Тест Эймса.
1.5 SOS–хромотест.
1.6 Методологическая постановка эксперимента получения транскрипционных профилей E. coli под нетермическим воздействием терагерцового излучения и в контроле.
1.7 Сбор биологического материала для РНК-секвенирования.
1.8 Подготовка библиотеки для РНК-секвенирования.
1.9 Методологическая постановка эксперимента облучения E. coli под нетермическим воздействием терагерцового излучения и в контроле для изучения ответа на протеомном уровне.
Перечень работ, выполняемых за счет средств иностранного партнера:
1.10 Методологическая постановка эксперимента по воздействию терагерцовым излучением на клетки человека.
1.11 Облучение клеток человека терагерцовым излучением, сбор биологического материала.
При этом были получены следующие результаты:
Реализуемый проект направлен на исследование эффектов воздействия терагерцового излучения (ТГИ) на живые системы. Целью реализуемого проекта является изучение биологических эффектов нетермического воздействия терагерцового излучения на модельных объектах: бактериях Escherichia coli, тестовой системе Эймса на бактериях Salmonella typhimurium, а также на культуре эпителиальных клеток человека для определения степени биологической опасности данного вида излучения для человека.
Основные результаты проекта:
Выявлен разный уровень нетермической реакции стрессовых систем Escherichia coli на терагерцовое излучение (ТГИ). Отсутствует прямое мутагенное и генотоксическое действие исследованных доз ТГИ на ДНК. Разработаны методики для изучения ответа клеток E. coli на облучение на транскриптомном и протеомном уровнях. Получены библиотеки кДНК для анализа транскриптома облученных клеток. Проведены методологическая постановка эксперимента и последующее облучение культуры клеток фибробластов, собран биологический материал и проведена подготовка образцов для эксперимента SILAC.
На первом этапе проекта проведены все запланированные работы и получены значимые результаты. (1) Выполнен аналитический обзор литературы, в результате которого выявлено, что ряд исследователей в научных центрах разных стран обнаруживают эффекты различных, в том числе и низких доз электромагнитного излучения ТГц диапазона на самые разнообразные объекты – от клеточных мембран до лабораторных мышей. (2) Использованы модификации разработанных нами ранее методик облучения биообъектов ТГц-излучением уникальной установки — терагерцового лазера на свободных электронах (ЛСЭ) ЦКП Сибирского центра синхротронного и терагерцового излучения. Исследование кинетических кривых ответа геносенсоров на ТГц-излучение дает основания предполагать, что на воздействие одних и тех же доз реагируют системы, чувствительные к окислительному стрессу и присутствию ионов металлов и не реагирует система, чувствительная к присутствию антибиотиков, что, в свою очередь, свидетельствует о разном уровне реакции стрессовых систем, связанных с поддержанием гомеостаза различных параметров живой клетки. При этом активация стрессовых систем имеет нетермический характер. (3) Результаты теста Эймса и SOS-хромотеста свидетельствуют о том, что ТГИ в исследованных дозах не вызывает замен оснований, окислительных повреждений ДНК и ДНК-сшивок, т.е. не оказывает прямого мутагенного действия на ДНК и не оказывает генотоксического действия. (4) Разработаны методики для изучения ответа клеток E. coli на облучение на транскриптомном и протеомном уровнях. Получены библиотеки кДНК для анализа транскриптома облученных клеток. (5) Для изучения нетермического воздействия терагерцового излучения на клетки человека проведены методологическая постановка эксперимента и последующее облучение культуры клеток фибробластов, собран биологический материал для последующего количественного протеомного анализа методом SILAC.
В целом результаты первого этапа проекта свидетельствуют о том, что ТГИ не оказывает прямого мутагенного и генотоксического действия на ДНК, однако активирует стрессовые системы, чувствительные к окислительному стрессу и присутствию ионов металлов. Разработанные методики позволят исследовать влияние ТГИ на бактериальные и человеческие клетки на уровнях синтеза РНК и белков на втором этапе проекта, что даст более полное представление об эффектах воздействия этого излучения на живые объекты.
Поставленные на первом этапе проекта задачи выполнены в полном объеме, что позволяет приступать к решению задач, поставленных перед проектом в целом.
Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки:
При выполнении этапа №1 проекта результатов, способных к правовой охране, не получено.
Эффекты от внедрения результатов проекта:
В результате выполнения проекта будет проведено изучение механизмов воздействия терагерцового излучения на живые объекты, определение систем наиболее чувствительных к нему и определение эффективной дозы данного излучения, что позволит сформулировать основные правила безопасного использования терагерцового излучения в практике. Важным шагом в этом направлении является установление самого факта воздействия этого излучения на живые системы и определение эффективных доз излучения. В результате выполнения проекта будет создан новый геносенсор, чувствительный к воздействию терагерцового излучения.