запитання для біологів

[malyj_gorgan]

Всім, хто розбирається в ботаніці і, взагалі, біологіі рослин -- прохання про допомогу!

Я хотів би зібрати список відкритих задач/тем в ботаніці (фізіоогії рослин, травознавстві, та навіть екології) з ціллю зрозуміти, чи є в цих науках запитання, відповіді на які може бути знайдено шляхом вивчення просторового розподілу різних хімічних речовин (поживних або ні) в тканинах рослин в різні моменти часу, при різному освітленні, температурі і т. п. Причина такого інтересу проста -- це спроба знайти ботаніці проекти, в яких можна застосувати методи і технології сучасної діагностичної медицини, особливо томографії. Зрозуміло, що ЖЖ -- дещо неортодоксальний метод пошуку інформації такого типу, але і що з того?

P.S. На випадок, якщо це не очевидно з вищесказаного: я шукаю теми, які в майбутньому можуть привести до фінансованих наукових проектів. Можна -- спільних проектів. :)

Comments

[shao-s.livejournal.com]

Такі питання точно є; більш того, наскільки мені відомо, дослідження з означеною тобою метою ведуться. Але, щоб не вводити в оману, сам на цю тему розписуватись не буду (не мій профіль, за великим рахунком), а пораджу звернутись до Руслани Радчук (http://progenes.livejournal.com) - вона в цій сфері фахівець.

[malyj-gorgan.livejournal.com]

Дякую, так і зроблю!

[progenes.livejournal.com]

Питання поставлено цілком коректно. Просторовий розподіл хімічних (поживних) речовин, які називають метаболітами, в рослинах дійсно вивчають за допомогою медичних діагностичних засобів. Спочатку коротко зупинюсь на вимогах технології, а потім перейдем до питання, що ми можем побачити таким чином.

Перше, на що можна натикнутись, це на роздільну спроможність методу. Сучасні технології дозволяють фіксувати розподіл метаболітів на тканинному рівні http://gene-exp.ipk-gatersleben.de/cereal_seeds.html

Іміджінг метіболітів комбінується з цитологічними зрізами і вся ця галіматья комбінується з результатами аналізу генної експресії. http://gene-exp.ipk-gatersleben.de/metabolite.html Тут треба весь час пам"ятати, що в такого роду дослідженнях ми говорим про steady-stay, тобто зафіксовану у часі картинку. І тут треба особливо ретельно підходити до інтерпретації, коли ми екстраполюєм результати на динамічні процеси. Наприклад, ми зафіксували підвищений рівень якогось метаболіту: це результат розвалу попередника чи результат синтезу? Для того, щоб аналізувати подібні результати, потрібно дуже грунтовні знання в біохімії рослин: звідки береться той чи інший метаболіт, яким чином він транспортується, яка у нього може бути доля, що впливає на його розподілення і транспорт.

Крім того, існує цілий ряд досліджень, коли застосовується метод ядерного магнітного резонансу для дослідження розподілу метаболітів інвіво, тобто в живій системі. Ця галузь тільки розвивається, бо натикається на цілий ряд технічних обмежень: калібрацію, роздільну здатність, розміри рослини і умови її культивації.

На які питання можно відповісти таким чином? Наша група досліджує транспорт і розподілення метаболітів в насінні, що розвивається. Я думаю, що найкраще буде, коли я відправлю на вебсайт групи, де ти зможеш познайомитись з сучасним станом, задачами , які ставляться і методами, які вирішуються. http://gene-exp.ipk-gatersleben.de/

В групі одночасно працюють фахівці біохімічні аналітики, цитологи, фізіологи і молекулярні біологи. Ми працюємо з мутантами або трансгенними рослинами, в яких випадково або цілеспрямовано змінено метаболізм і намагаємось зрозуміти весь комплекс регуляції диференціації клітин насіння з різних сторін.

[shao-s.livejournal.com]

А ПМР у вас в групі є?

[malyj-gorgan.livejournal.com]

ПМР -- це те ж саме, що ЕПР (елентрон-парамагнітний резонанс) ?

[shao-s.livejournal.com]

Да.

[malyj-gorgan.livejournal.com]

Ясно.

На жаль, нема і не передбачається. Взагалі, ЕПР чомусь дуже сильно здав позиції порівняно з ЯМР і похідними, можливо, тому, що він дає набагато менше можливостей для просторового imaging-а. (пардон за кальку, але я так і не вичислив, який термін найкраще передкладає слово imaging на російську або україсньку). Не так давно ми самі шукали можливостей провести пару ЕПР експериментів в проекті з розрозбки нових детекторних матеріалів. Наскільки я розумію, у нас в лабораторії колись був великий ЕПР-центр, але це було задовго до того, як я сюди переїхав. Все, що я знаю про ЕПР, стосується ще давніх розробок, я ще в Чернівцях дипломну писав про темі, зв'язаній з ЕПР спектроскопією, але то було давно і неправда. Зараз я чув щось про EPR imaging, здається або десь в Європі, або у вас в Британії, але точно не скажу. А в тебе є якісь ідеї, для яких потрібний ЕПР?

В нас в лабі є SPECT/CT сканер, медичний, але ми на ньому умудряємося міряти, крім людей, гризунів і собак. Крім того, є PET, але чисто "людський", гризунів наші міряють або в University of California Davis або в Стенфорді. Зате у нас свій циклотрон, тому нема проблем з PET-ізотопами. Крім того, в паралельній групі є медичний MRI, спеціалізація -- нейрофізіологія: Альцгеймер всякий, Паркінсон... Ми хотіли серце міряти, але сканер під то не оптимізований, я, власне, через годину їду в одну з лікарень в Сан Франціско домовлятися про спільний проект, щоби вони міряли необхідні нам речі на своїй техніці. Ніби, все. Зараз ми пробуємо працювати з одною компанією в Берклі над тим, щоби колись мікрохвильовою томографією зайнятися, але це поки в стадії дуже далеких і нечіткихх планів на майбутнє, переважно, тому, що неясно, звідки брати на це гроші. От якби придумати, що би ми могли міряти в рослинах, було би добре -- там і справді є шанси на немалі гроші. Вони лише починають це фінансування, якщо бути в числі перших, можна почати щось хороше. Наша проблема в тому, що в нас в групі немає нікого, хто би коли-небудь спеціалізувався по рослинах, тому я і зайнявся збором інформації такими от хитрими методами.

[malyj-gorgan.livejournal.com]

Руслано, дякую,

Сьогодні я не встигну толком подивитися на ці лінки, але з завтрашнього дня почну. За пояснення дякую -- воно, правда, лише підтверджує мої побоювання, що нічого з моєї ідеї не вийде. Давай, я, на всякий випадок, трохи детальніше розповім, навіщо воно мені все потрібно: я працюю в Лоренс-Берклі національній лабораторії в США, займяючись ядерною томографією (SPECT) і суміжними речами (рентгенівся томографія, та і магнітна також). Переважно, ми міряєм всякі речі в людях, деколи -- в тваринах, беручи на це гроші у двох агенств: NIH (дослідних інститутів від місцевого Мінздраву) і DOE (Міненерго). Перші дають гроші на все, але тяжко, висока конкуренція, багато політики, мало грошей і т. п. Другі, як куратори всієї лабораторії, давали гроші великими траншами досить легко останні 20 років, але пару років тому там помінялася політика, в результаті енергетики з наступного року офіційно перестають фінансувати дослідження на людях і тваринах. Але не перестають, а цілком навіть продовжують підтримувати дослідження рослин і мікроорганізмів. Ось я і шукаю, чи нема тем, де ми можемо підключитися. З людьми і тваринами воно як -- ми переважно працюємо в тандемі з лікарями або фізіологами, вони рухають розуміння механізмів, а ми -- міряємо плюс займаємося різними цікавими для нас аспектами отримання картинок, аналізом, моделюванням і т. п., десь на стику математики і інженерії. Я наприклад, переважно програмую алгоритми отримання картинок з сигналу сканера: реконструкція сердець -- в людях і пацюках (майже Стайнбек :)) Відповідно, зараз складається така ситуація, коли, якщо знайти правилъних колабораторів, можна відносно легко запустити хороший проект по вимірюванню чогось такого і в рослинах. Знати б чого :)

Ще пару слів про технологію SEPCT (Single Photon Emission Computed Tomography) працює так: в об'єкт вимірювання колють контраст -речовину, яка має певні біохімічні властивості, плюс, є радіоактивною. Оскільки ізотопів найрізноманітніших матеріалів є багато, то кількість різних контрастів також досить велика. Ми, наприклад, використовуємо контрасти на базі ізотопів технецію, таллію і йоду, які переважно вбираються стінками міокарда, спостерігаючи таким чином за двома різними метаболічними механізмами серцевого м'яза, причому, в динаміці: можна бачити, як дана речовина поширюється по тканинах, переходить з однієї тканини в іншу, моделювати це діло, словом, діставати досить багато інформації цінної для розуміння фізіології. Роздільна здатність: просторова -- порядку міліметрів, часова -- порядку хвилин. Ми зараз боремося за секунди, але для рослин то, напевне, не так суттєво. Тим більше, рослини, підозрюю, не мають основної проблеми тварин і людей: вони не рухаються, не дихають легенями і не мають серця.

[shao-s.livejournal.com]

У випадку рослин, мабуть тим технецієм радіоактивно-міченим їх поливати доведеться...

[malyj-gorgan.livejournal.com]

Something like that. Моє наївне уявлеення про потенційно можливий проект: real-time imaging поширення речовини X (не обов'язково Tc) в тканинах рослин на будь-якому з етапів: вбирання X кореневою системою з води, доставка X з коріння в верхню частину рослини, обмін X між стеблом і листком, ще щось. (Ми, наприклад, намагаємося точно поміряти як той самий технецій вбирається міокардом з крові -- виявляється, зміни параметрів обміну є одним з найчутливіших показників ішемічної хвороби серця.) Біологію-то я знаю на рівні школи, закінченої майже 20 років тому. Тим більше, що вчив я її постільки-поскільки, все більше фізикою-математикою цікавився.

[progenes.livejournal.com]

ага. трохи прояснилось. одна співробітниця у нас робить ямр в подібній кооперації з колегами-фізиками з вюрцбургу. якщо ти подивишся на сайті ім"я Люда Борисюк, то це саме вона. Вона цитолог і здається дуже зацікавлена в різного роду новинках. вона зараз у відпустці, але буде десь в середині липня.

Якщо б нас і зацікавило розподілення метаболітів в режимі реального часу, то це скоріш за все міченого вуглецю або азоту. Досі ми робили такі дослідження, але просто поливаючи (або обробляючи) рослини міченими ізотопами, потім виділяли метаболіти і дивились, куди це все вбудувалсь. Я не фізіолог (і не фізик), а молекулярщик, тому мені важко насправді оцінити чи це якось можна спостерігати за допомогою SEPCT. але взагалі звучить цікаво. є якісь статті про ваш метод?

[malyj-gorgan.livejournal.com]

Дякую.
Азот і вуглець мітять для PET, а також кисень, фтор, мідь, галій, германій, бром. Потом міряють цим все на світі, від того ж серця до обміну допамінів в мозку. Проблема одна: ізотопи застосовувані в живуть недовго. Там час пірозпаду азоту 10 хв, вуглецю 20, кисню, взагалі, 2 хв... у фтору, правда, 2 години, а у брому всіх 16 годин.

> ... є якісь статті про ваш метод?
Метод старий і розповсюджений, хоч і недешевий. Є статті, книжки, навіть вікі:
SPECT:http://en.wikipedia.org/wiki/Single_photon_emission_computed_tomography
PET:http://en.wikipedia.org/wiki/Positron_emission_tomography
(у PETа навіть є російський варіант).

> ...а молекулярщик,
Хм, чи не найосновніші дослідження в PET ідуть в галузі розробки нових контрастних агентів: молекул з заданими фізіологічними властивостями, які можна "помітити" радіоактивними ізотопами. Для рослин поки такого ажіотажу нема, правда... ;)

> буде десь в середині липня.
Я не спішу, мені б до початку осені щось придумати, щоби до середини осені grant proposal якийсь написати.