№01 январь 2023

Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

Плавник как оптическое окно

Около половины всей потребляемой человечеством рыбы сегодня выращивают на рыбных фермах. Чтобы производить качественную продукцию, нужно контролировать не только условия содержания рыбы, но и состояние здоровья. На здоровье рыб влияют как инфекции, так и качество воды, которое может ухудшаться из-за большой скученности в садках, при транспортировке или из-за резкого повышения температуры во время летней жары. Контроль состояния рыб путём анализа крови вызывает у животных очень большой стресс и может приводить к их гибели. Да и оценить прижизненную (in vivo) динамику изменения физиологических параметров обитателей рыбных хозяйств в полной мере такими методами невозможно.

Жировой плавник есть у представителей восьми современных отрядов рыб, среди которых лососеобразные. Состоит он из жировой ткани и не имеет настоящих плавниковых лучей. Плавник обладает округлой формой и по размерам обычно намного меньше спинного плавника, хотя у некоторых видов достигает значительного развития. Разницу интенсивности флуоресценции при вживлении датчика в жировой плавник и в кожу показывает график в нижней правой части рисунка. Из этого графика видно, что чувствительность сенсора в плавнике заметно выше, чем в коже. Рисунок (с изменениями) из статьи: Rzhechitskiy Y., Gurkov A. et al. Adipose Fin as a Natural «Optical Window» for Implantation of Fluorescent Sensors into Salmonid Fish. Animals 2022, 12, 3042.

Сотрудники НИИ биологии Иркутского государственного университета (ИГУ) нашли способ отслеживать изменения в состоянии здоровья рыб в динамике без травмирования рыбы. Для этого они разработали специальные оптические сенсоры, внедряемые в ткань живого организма. Сенсоры представляют собой гелевую нить, в которую помещён краситель, способный флуоресцировать при освещении его лазером в видимом диапазоне света. Причём характер свечения меняется при изменении параметров среды, в которой находится краситель, в том числе при изменении биохимических параметров организма рыбы. Свечение считывают спектрометром, совмещённым с микроскопом.

Чтобы подобная технология давала верные результаты, требуется ряд условий, важнейшее из которых — высокая оптическая прозрачность тканей в месте имплантации сенсора. Иркутские биологи провели исследования на радужной форели в поисках поверхностного органа, который бы удовлетворял этому требованию, и выбрали в качестве такого места жировой плавник — кожистый вырост, находящийся позади спинного плавника. Ткани жирового плавника обладают высокой прозрачностью из-за тонкой дермы, что даёт возможность уверенно детектировать флуоресцентное свечение имплантированного датчика, работающего в диапазоне видимого света. Кроме того жировой плавник тонко реагирует на изменения состояния организма рыбы и в него легко имплантировать сенсор.

С помощью оптических имплантируемых сенсоров сотрудники НИИ биологии ИГУ оценили в динамике изменение внутритканевой рН на активной рыбе. Этот показатель (концентрация протонов) строго регулируется в биологических жидкостях организма, и по его изменениям можно определять границу чувствительности определённых животных к дефициту кислорода. Изменения рН испытуемых отслеживали в течение девяти дней в нормальных и в специально созданных стрессовых условиях. При этом рыбам не понадобилась анестезия и они не испытывали дополнительный стресс.

Хотя свои исследования биологи проводили на радужной форели, они считают, что жировой плавник может служить природным «оптическим окном» для внедрения флуоресцентных сенсоров у всех лососёвых, которые относятся к трём основным группам разводимых рыб.

По мнению учёных, разработанная технология — один из первых шагов к оценке состояния каждой отдельной особи в аквакультуре. Её можно применять для измерения разных биохимических параметров, а также комбинировать со смарт-технологиями, с помощью которых в автоматическом режиме оценивают морфометрические параметры рыбы.

В будущем новая технология позволит предупреждать вспышки инфекционных заболеваний у рыб и лучше контролировать условия содержания, что существенно повысит качество рыбной продукции.

Исследования проводились при поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале «Animals».

По информации пресс-службы Иркутского государственного университета.

Другие статьи из рубрики «Вести из лабораторий»

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее