Магнитный резонанс клетки
Как ритмы митохондрий объясняют влияние сверхслабых полей
Ученые предложили объяснение биологических эффектов низкочастотных магнитных полей с позиций изменения спиновых состояний радикальных пар в осциллирующих биохимических процессах. Величина таких эффектов может нелинейно зависеть от частоты и амплитуды магнитного воздействия. Понимание механизмов этой нелинейности поможет открыть новые направления для разработки медицинских и технологических приложений. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biological Reviews.
Фото: ИБВВ РАН
Фото: ИБВВ РАН
Влияние слабых магнитных полей, сравнимых по интенсивности с геомагнитным полем, на биохимические процессы является активно развивающейся междисциплинарной областью исследований. Одной из основных мишеней магнитного воздействия считается радикальная пара — кратковременное состояние, при котором два ранее связанных, но разошедшихся электрона остаются квантово коррелированными и чувствительными к магнитному полю. Считается, что радикальные пары в молекулах белка криптохрома ответственны за магниторецепцию птиц и других животных, обеспечивая ориентацию и навигацию по магнитному полю Земли.
Однако влияние слабых магнитных полей на биологические объекты не ограничивается магниторецепцией. Магнитобиологические эффекты неоднократно регистрировались у немигрирующих животных, растений и культур клеток. Среди таких эффектов, не связанных с сенсорными системами, наиболее загадочными остаются резонансоподобные ответы живых систем на переменные магнитные поля с разной амплитудой и сверхнизкой частотой. В силу физических ограничений радикальные пары ранее не использовались для объяснения нелинейной зависимости биологического ответа от частоты переменного магнитного поля.
Ученые из Института биологии внутренних вод им И. Д. Папанина РАН (Борок) рассмотрели эту проблему со стороны периодических биологических процессов, включающих в себя радикальные пары.
«Действительно, объяснить частотную нелинейность биологических эффектов переменных магнитных полей исключительно физическими процессами в радикальных парах затруднительно. Но если подняться на уровень выше и рассматривать магниточувствительную радикальную пару как одно из звеньев периодически повторяющегося биохимического процесса, ситуация становится более понятной. В этом случае нелинейность может быть обусловлена совпадением частоты переменного магнитного поля с частотой биохимической осцилляции. Осцилляции мембранного потенциала митохондрий рассматриваются нами как один из наиболее вероятных кандидатов на роль такого процесса»,— рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Вячеслав Крылов, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Института биологии внутренних вод им И. Д. Папанина РАН.
Актуальность исследований в этом направлении обусловлена тем, что крайне слабые магнитные воздействия способны вызвать значительные биологические эффекты. Достижения в этой области будут востребованы при разработке новых терапевтических подходов и методов управления биологическими системами.
«Мы проводим экспериментальные исследования на гидробионтах, которые позволят подтвердить или опровергнуть выдвинутую гипотезу. В дальнейшем мы планируем развивать сотрудничество с коллегами, специализирующимися на изучении функций митохондрий, чтобы зафиксировать прямую реакцию этой клеточной органеллы на воздействие низкочастотных магнитных полей»,— заключает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Вячеслав Крылов, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Института биологии внутренних вод им И. Д. Папанина РАН.