Michal Cifra – Svetlo živých organizmov

cifraIng. Michal Cifra, Ph.D. (cifra@ufe.cz) je slovenský vedec pôsobiaci na Ústave fotoniky a elektroniky Akadémie vied Českej republiky. V súčasnosti sa spolu so svojim tímom Bioelektrodynamiky venuje okrem iného, i výskumu vyžarovania svetla živých organizmov, v pásme viditeľných vlnových dĺžok a možnostiam, ako možno toto svetlo, ktoré má pôvod v chemických procesoch v dôsledku oxidatívneho metabolizmu a stresu, využiť napríklad na diagnostiku v medicíne.

Podľa nedávno publikovaných vedeckých poznatkov, živé organizmy vyžarujú svetlo pochádzajúce z tzv. vnútorných procesov organizmu. Ako dochádza k tomuto javu?

V organizmoch prebiehajú chemické reakcie, ktoré vedú k slabému svieteniu [1], [2]. Jedná sa o reakcie oxidantov s biomolekulami v organizmoch. K týmto reakciám dochádza najmä, ale nie len, pri bunkovom dýchaní. Keďže toto svietenie (luminiscencia) pochádza z chemických reakcií, hovoríme o tzv. chemiluminiscencii. Chemické procesy vedúce k chemiluminiscencii prebiehajú prakticky vo všetkých organizmoch a preto je toto svietenie pozorovateľné takmer u všetkých biologických vzoriek v prípade dostatočného objemu.

Akú frekvenciu, vlnovú dĺžku a farbu má toto vyžarované svetlo, resp. sú nejaké rozdiely v tomto vyžarovanom svetle v závislosti od druhu organizmov?

Vlnová dĺžka (vo vzduchu) tohto svetelného vyžarovania je zhruba od 350 do 700 nanometrov, teda sa jedná o vlnové dĺžky viditeľného svetla. Toto vyžarovanie má ale veľmi slabú intenzitu a tak ho nemôžeme vnímať voľným okom. Odlišnosti v chemickom zložení organizmov a v biochemických procesoch, z ktorých žiarenie vzniká, bude zrejme spôsobovať to, že rôzne organizmy budú žiariť trochu inou farbou. Rozdiely vo farbe vyžarovania z rôznych organizmov sú ale málo prebádané. Nedávno práve naša výskumná skupina publikovala zistenie, že nami skúmané dva rôzne typy buniek žiaria trochu inými farbami, t.j. ich chemiluminescencia má odlišné spektrálne zloženie [3]. Konkrétne sa jednalo o kultúry rakovinových vs. kvasinkových buniek – ich svietenie malo zhruba zelenú resp. zeleno hnedú farbu. Tu by som chcel varovať pred prílišným zobecňovaním – nemôžme obecne tvrdiť, že všetky rakovinové bunky svietia zeleno, muselo by sa preskúmať viacero bunkových línií. Farba svietenia totiž záleží na mnohých faktoroch, napríklad i na prostredí (živnom médiu), v ktorom sa bunky nachádzajú.

Je možné toto vyžarovanie svetla živých organizmov nejakým spôsobom ovplyvniť zvonka, resp. môže ho ovplyvniť aj samotný organizmus?

Čokoľvek čo bude mať vplyv na spomínané biologické a chemické procesy v organizme, ktoré súvisia s tvorbou svietenia, bude mať vplyv nepriamo následne i na svietenie samotné. Svietenie teda môže byt ovplyvnené i vnútornými procesmi v organizmoch. Vieme, že fyzikálne i chemické vplyvy, či už ako dôsledok vnútorných biologických procesov alebo vyvolané zvonku, svietenie organizmu ovplyvňujú [1]. Tieto vplyvy sú najpriamočiarejšie ukázané v experimentoch, v ktorých sa aplikujú na organizmy oxidačné alebo antioxidačné činidlá [4]–[6]. Tie majú priamy vplyv na chemické reakcie vedúce k svieteniu.

Keďže svetlo je elektromagnetické žiarenie, ktoré má určitú frekvenciu, dá sa povedať, že keď človek vyžaruje svetlo, má tiež svoju špecifickú vibráciu, frekvenciu každý jedinec odlišnú?

Na základe doterajších zistení sa nedá tvrdiť, že by jedinci vyžarovali svetlo s individuálne špecifickým spektrálnym (frekvenčným) zložením. V prvom rade preto, že neexistuje dostatok meraní spektrálneho zloženia vyžarovaného svietenia z viacerých jedincov a v druhom rade, že medzi procesmi, ktoré vedú k svieteniu u jednotlivých jedincov, nemusia byť vždy merateľné rozdiely. U človeka svietenie pochádza hlavne z vrchných vrstiev kože. Odlišnosti v chemickom zložení kože, v prekrvení a okysličení budú mať zrejme vplyv na intenzitu i farbu (t.j. frekvenciu či vlnovú dĺžku) svetla, ktorú človek vyžaruje. Dá sa preto očakávať, že by ľudia s podobným typom kože mohli vykazovať podobné spektrum (farbu) svietenia.

Zistili ste, že aj medzi navzájom oddelenými živými organizmami existuje elektromagnetická komunikácia, vzájomná interakcia. Na akom princípe funguje?

Výskum možnej vzájomnej elektromagnetickej, konkrétne svetelnej, interakcie medzi organizmami je veľmi zaujímavý, zatiaľ ale nepriniesol jednoznačné výsledky, nad ktorými by sa vedecká komunita zhodla. Existujú síce celkom početné výskumné práce, ktoré zistili interakciu medzi oddelenými organizmami, väčšinou bunkovými kultúrami [7], [8], no vo veľkej časti týchto prác nie je úplne vylúčené, či pozorovaná interakcia neprebiehala iným, možno triviálnejším spôsobom, ako elektromagneticky – napríklad plynmi, ktoré sú organizmami vytvárané a môžu sa šíriť vzduchom a netesnosťami v uzáveroch laboratórnych nádob [9].

V čom všetkom nám môžu tieto poznatky pomôcť? Aké je ich praktické využitie?

Ako poznávanie biologických, chemických a fyzikálnych procesov, ktoré spôsobujú svietenie organizmov, tak aj vývoj metód merania tohto svietenia sú dôležité, pretože predstavujú základné predpoklady vývoja novej biomedicínskej diagnostickej metódy. Takáto metóda umožňuje cez snímanie svietenia organizmov monitorovať oxidatívne metabolické procesy a oxidatívny stres v nich prebiehajúci, a to úplne neinvazívne a bez potreby použitia chemikálií. Nadmerné oxidatívne procesy a oxidatívny stres súvisia s mnohými skupinami ochorení, ako napríklad srdcovo-cievne ochorenia a neurodegeneratívne ochorenia (Parkinsonova a Alzheimerova choroba). Je možné, že ochorenia súvisiace s oxidatívnym stresom, by sa pomocou merania ním spôsobovaného svietenia, dali v rámci preventívnych prehliadok monitorovať a včas zachytiť, na základe čoho by sa mohli urobiť liečebno-preventívne opatrenia k zamedzeniu rozvoja či úplnému odvráteniu choroby.
Čo sa týka elektromagnetickej komunikácie medzi organizmami, v prípade, že by sa potvrdila, umožnilo by to hlbšie pochopenie toho, ako organizmy fungujú a pravdepodobne nové spôsoby liečby pomocou elektromagnetických polí. 

Semyon Kirlian objavil v r. 1939 zaujímavú metódu fotografovania predmetov v prítomnosti vysokofrekvenčného, vysokonapäťového a nízkoprúdového poľa, vďaka ktorej sa na snímke zobrazia žiariace viacfarebné lúče (https://en.wikipedia.org/wiki/Kirlian_photography, https://www.youtube.com/watch?v=wJ1ow4Vtpbs). Je toto svietenie nejakým spôsobom totožné, resp. má podobný základ so svietením, ktoré skúmate Vy?

Nie, Kirlianova fotografia nemá rovnaký základ, ako svietenie, ktoré skúmame my. Svietenie, ktoré skúmame my, pochádza z biochemických oxidatívnych procesov prebiehajúcich v organizme a preto svetlo na snímkach vychádza priamo z objektu. Pri Kirlianovej fotografi spôsobuje priložené vysokonapeťové elektrické pole ionizáciu a výboje vo vzduchu okolo objektu nezávisle na tom, či je objekt živý či neživý.

Odkazy na odbornú literatúru:

[1] M. Cifra and P. Pospíšil, “Ultra-weak photon emission from biological samples: Definition, mechanisms, properties, detection and applications,” Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, vol. 139, pp. 2–10, Oct. 2014.
[2] M. Cifra and P. Pospíšil, “Ultraslabá emise fotonů z biologických systémů: fyzikální podstata a potenciální aplikace,” Čs. čas. fyz, vol. 65, no. 5, pp. 326–329, 2015.
[3] M. Nerudová, K. Červinková, J. Hašek, and M. Cifra, “Optical spectral analysis of ultra-weak photon emission from tissue culture and yeast cells,” in SPIE Proceedings, 2015, p. 94500O.
[4] P. Pospíšil, A. Prasad, and M. Rác, “Role of reactive oxygen species in ultra-weak photon emission in biological systems,” Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, vol. 139, pp. 11–23, Oct. 2014.
[5] M. Rác, M. Sedlářová, and P. Pospíšil, “The formation of electronically excited species in the human multiple myeloma cell suspension,” Scientific Reports, vol. 5, p. 8882, Mar. 2015.
[6] K. Červinková, M. Nerudová, J. Hašek, and M. Cifra, “Chemical modulation of the ultra-weak photon emission from Saccharomyces cerevisiae and differentiated HL-60 cells,” 2015, p. 94500P.
[7] M. Cifra, J. Z. Fields, and A. Farhadi, “Electromagnetic cellular interactions,” Progress in Biophysics and Molecular Biology, vol. 105, no. 3, pp. 223–246, May 2011.
[8] A. Prasad, C. Rossi, S. Lamponi, P. Pospíšil, and A. Foletti, “New perspective in cell communication: Potential role of ultra-weak photon emission,” Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, vol. 139, pp. 47–53, Oct. 2014.
[9] O. Kučera and M. Cifra, “Cell-to-cell signaling through light: just a ghost of chance?,” Cell Communication and Signaling, vol. 11, no. 1, p. 1, 2013.

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená.