Способ оценки биотропного проявления электромагнитного излучения сверхвысокой частоты, интегрированного под контроль гена dps
METHOD FOR EVALUATING BIOTROPIC MANIFESTATION OF ULTRAHIGH-FREQUENCY ELECTROMAGNETIC RADIATION INTEGRATED UNDER THE CONTROL OF THE DPS GENE

Изобретение относится к области биотехнических способов детекции излучений сверхвысокой частоты (СВЧ) и низкой интенсивности и описывает способ контроля таких типов излучений. Данный способ может быть использован для идентификации данного абиотического фактора в различных условиях, в том числе в различных типах помещений.
Известны различные устройства, например ВЕ-метр - АТ-003 «Измеритель электромагнитного излучения», ВЧУ «Специализированное средство измерений для контроля излучений», П3-33М «Измеритель плотности потока энергии электромагнитного поля».
ВЕ-метр - АТ-003 осуществляет одновременные измерения трехкомпонентными датчиками полных векторов электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля при любой ориентации измерительной антенны. Измерение электромагнитного излучения измерителем электромагнитного излучения ВЕ-метр-АТ-003 производится с помощью одной антенны. Измерения электромагнитного излучения производятся на промышленной частоте 50 Гц и в характерных для излучения ВДТ диапазонах: I от 5 Гц до 2 кГц и II: от 2 кГц до 400 кГц. Прибор состоит из антенны и измерительного блока.
Специализированное средство измерений для контроля излучений ВЧУ предназначено для обнаружения электромагнитных излучений высокочастотных устройств в диапазоне частот от 9 кГц до 1.8 ГГц и измерения их характеристик.
В состав комплекса входят:
1. Приемник измерительный РИАЛ 1,8 (Приемник, Устройство хранения данных, Зарядное устройство, Усилитель малошумящий, Аттенюатор фиксированный 30 дБ, Кабель управления приемником, Программное обеспечение на CD).
2. Антенна измерительная биконическая П6-45.
3. Антенна пассивная логопериодическая ЛПА-1.
4. Антенна дипольная активная П6-51.
5. Ноутбук для автоматизации процесса измерений, хранения результатов и формирования итогового протокола измерений.
Принцип действия комплекта основан на преобразовании напряженности электромагнитного поля с использованием измерительной антенны в электрический сигнал, который через 50 Ом коаксиальный кабель поступает на входной разъем измерительного приемника. В измерительном приемнике сигнал обрабатывается и выводится на устройство отображения информации о параметрах измеряемого сигнала.
5
2
Измеритель плотности потока энергии электромагнитного поля П3-33М состоит из антенны-преобразователя плотности потока энергии электромагнитного поля в постоянное напряжение и измерительно-индикационного блока, осуществляющего аналого-цифровое преобразование, цифровую обработку сигнала и вывод результатов измерения на экран жидкокристаллического индикатора, а так же на персональную ЭВМ. Антенна измерителя имеет три дипольно-детекторные микросборки, которые образуют взаимно ортогональную структуру. Результирующее значение ППЭ определяется как векторная сумма ППЭ, измеренных каждой дипольной микросборкой. Диапазон рабочих частот прибора составляет от 0,3 до 18,0 ГГц. Диапазон измерений ППЭ составляет от 1 до 1*10 мкВт/см.
Как правило, в этих приборах реализован способ, который включает два этапа. На первом этапе, как правило, определяется общая геометрия поля на поверхности, для этого антенну измерителя фиксируют на разных расстояниях от источника ЭМИ СВЧ или в случае наличия нескольких антенн располагают их на разном расстоянии от источника. На втором этапе с помощью высокочувствительной магнитной головки, закрепленной на источнике ЭМИ СВЧ, точно измеряют мощность в центре исследуемой поверхности.
Однако все эти устройства имеют один общий недостаток - все они являются сложными устройствами, для работы с которыми необходимо проходить специальное обучение. Помимо этого, все они являются весьма дорогостоящими приборами и самое главное, могут вносить определенный вклад в электромагнитную составляющую окружающей среды, что увеличивает погрешность измерений.
Известно устройство, использующее магнитоуправляемый детектор СВЧ (Патент 2347296). Определение уровня СВЧ производится посредством измерения тока, вызванного намагниченностью материала детектора исследуемым излучением. Его детектирующий элемент выполнен из магнитного гранулированного материала с большим набором магнитных туннельных контактов, на который подается ток смещения и который установлен в пучности магнитной составляющей СВЧ-излучения. СВЧ-излучение вызывает прецессию намагниченности части гранул, находящихся в условиях ферромагнитного резонанса, и одновременно индуцирует высокочастотный ток в материале.
Недостатком подобного устройства является возможность воздействия внешнего магнитного поля на намагниченность детектора.
Известно устройство (Патент 2451942), использующее чувствительный элемент, находящийся в постоянном магнитном поле. Изменение значения напряженности постоянного магнитного поля, вызванного микроволновым излучением, позволяет определить непрерывную и импульсную мощность СВЧ.
Недостатками этого устройства является сложность процедуры измерения и не позволяет проводить измерения ЭМИ СВЧ низкой интенсивности.
Недостатками вышеперечисленных способов является трудоемкость измерительного процесса, необходимость наличия специальной подготовки оператора, внесение погрешностей самими измерительными приборами и их достаточно высокая стоимость.
Технической задачей изобретения является разработка способа оценки биотропного проявления действия ЭМИ СВЧ, приемлемой для использования в общедоступных приборах.
Технический результат заключается в использования системы репортерной детекции, при которой повышенный уровень электромагнитного излучения можно будет регистрировать визуально по увеличенной флуоресценции бактериальных клеток, причем в этом случае будет оцениваться возможность биотропного проявления воздействия ЭМИ СВЧ.
Основанием для этой заявки являются экспериментальные данные, свидетельствующие об увеличении уровня экспрессии ряда генов в условиях облучения ЭМИ СВЧ, имеющей мощность и частоту излучения, сопоставимую с бытовыми приборами и мобильными телефонами. Наиболее масштабные изменения были зарегистрированы для генов dps (Фиг. 1 А) и fes [1]. Так, в результате анализа профиля синтезируемых в бактериальных клетках РНК методом количественной полимеразной цепной реакции (ПЦР) было обнаружено увеличение внутриклеточного содержания матричной РНК dps до ~170% (Фиг. 1 В), afes до 280%.
Оба гена кодируют белки, являющиеся мажорными белками нуклеоида во время стационарного роста Е. coli и своеобразным маркером этого состояния у клеточной популяции [2]. Полученные данные свидетельствуют об изменении конформационного состояния бактериальной ДНК в условиях облучения и компенсаторной стимуляции клетками биосинтеза белков, отвечающих за поддержание ее нативной конформации. При этом Dps способен не только выполнить функцию магниторецептора, но и транспонировать полученный сигнал непосредственно на ДНК [3]. Этим, собственно, и был обусловлен первоочередной интерес к промотору гена dps, а не fes, для которого был зарегистрирован более высокий уровень активации.
Так как зарегистрированное накопление dps-мРНК могло быть следствием индуцированной транскрипции гена dps либо ингибированного гидролиза соответствующей мРНК была проверена активность промотора dps в системе гетерологичной репортерной детекции. Для этого регуляторная область dps была интегрирована в плазмиду pET28b-EGFP перед геном репортерного белка GFP. Облучение клеток Е. coli Тор 10, трансформированных этой плазмидой, действительно, приводило к накоплению GFP (Фиг. 2 А).
Это накопление практически не зависело от времени облучения в диапазоне от 1 до 3 часов и в среднем составляло 23,8%. Было установлено, что ЭМИ не влияет на биосинтез GFP, если в плазмиду был интегрирован промотор гена hns, который кодирует другой белок нуклеоида (Фиг. 2 В). Таким образом, хотя опосредованная ЭМИ индукция синтеза репортерного белка оказалась слабее, чем активация синтеза dps-мРНК (Фиг. 1 С), полученные данные свидетельствуют о специфическом изменении экспрессии гена dps. Причем промоторные области гена, интегрированные в плазмиду, оказались достаточными, для того чтобы реализовать ответ на внешний сигнал. Это создает предпосылки для использования регуляторной области гена dps в биосенсорах, отслеживающих фоновый уровень электромагнитного излучения.
Данный способ может быть использован для идентификации данного абиотического фактора в различных условиях, в том числе в различных типах помещений.
Источники информации
1. С.С. Антипов, К.В. Курганов, К.С. Чемерис и О.Н. Озолинь. Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова 3 (3), 2007.
2. Ali Azam Т., Iwata A., Nishimura A., Ueda S., Ishihama A. Journal of Bacteriology, 181 (20): 6361 – 701999.
3. Zeth K. Biochemical Journal 445, 297-311 (2012).