للخلايا البيولوجية العديد من الوظائف الحيوية في الجسم. على سبيل المثال، فإنها تنتج البروتينات والكربوهيدرات والدهون. ولكنها مسؤولة أيضًا عن إزالة السموم من الجزيئات الضارة ونقل الإشارات وخطوات الدفاع المناعي. مطلوب ما يسمى بإمكانية الأكسدة والاختزال لدفع هذه العمليات. يعتمد ذلك على نسبة NADPH (فوسفات النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد في شكل “مخفض” سالب الشحنة) إلى شكله المؤكسد NADP⁺.
قام فريق بقيادة عالم التكنولوجيا الحيوية النباتية البروفيسور ماركوس شوارزلاندر من جامعة مونستر وعالم الكيمياء الحيوية البروفيسور بروس مورغان من جامعة سارلاند بتطوير أجهزة استشعار حيوية جديدة يمكن من خلالها قياس نسبة NADPH إلى NADP⁺ في الخلايا الحية في الوقت الفعلي لأول مرة. توفر ملاحظات الفريق رؤى جديدة حول تطور الوظيفة الوقائية الأكثر أهمية للخلايا، وهي إزالة السموم الخلوية. تم نشر الدراسة في مجلة Nature Communications.
يدخل NADP في العديد من التفاعلات في الخلية والتي يتم فيها نقل الإلكترونات بين المواد المختلفة. يوضح شوارزلاندر: “يمكنك تصور نسبة NADPH إلى NADP⁺ مثل شحن بطارية قابلة لإعادة الشحن”. ومع ذلك، تحتوي جميع الخلايا البيولوجية على العديد من البطاريات المختلفة، والتي لها أيضًا شحنات مختلفة في مناطق مختلفة من الخلايا.
“حتى الآن، كان من الممكن قراءة بعض هذه البطاريات فقط، أو كان لا بد من تدمير الخلايا للقيام بذلك، مما يؤدي إلى تزوير القياسات”، يوضح دكتوراه. الطالب جان أولي نيميير. لقد طور العلماء الآن عائلة من أجهزة الاستشعار الحيوية التي يتم تشفيرها وراثيا وبالتالي إنتاجها بواسطة الخلايا نفسها ونقلها إلى المكان الصحيح في الخلية. يمكن قراءة هذه المستشعرات الحيوية عن طريق الضوء أو الفلورسنت بحيث يمكن استخدامها بشكل غير مدمر في الخلايا والأنسجة الحية.
بالنسبة لأجهزة الاستشعار الجديدة، استخدم العلماء أساليب الهندسة الوراثية لتعديل جزيء الفلورسنت الذي تم تطويره مسبقًا، والذي يحتوي على أجزاء من بروتين قنديل البحر المضيء، بطريقة تتعرف على وجه التحديد على NADPH وNADP⁺.