Features of Bioluminescence Dynamics of Photobacterium phosphoreum IMV B-7071
The problem of the prolonged and stable intensity of bioluminescent signals is relevant in the development of any test systems that use biological objects. The aim of this work was to study the features of bioluminescence dynamics of Photobacterium phosphoreum IMV B-7071 in a liquid and on different...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine
2024
|
| Онлайн доступ: | https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/134 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Microbiological Journal |
Репозитарії
Microbiological Journal| id |
oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-134 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Microbiological Journal |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2024-09-03T15:29:34Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic_facet |
Photobacterium phosphoreum бактеріальна біолюмінесценція спектри люмінесценції водне тверде агаризоване та целюлозно-ватне середовища bacterial bioluminescence Photobacterium phosphoreum luminescence spectra aqueous medium solid agar cellulose cotton medium |
| format |
Article |
| author |
Gromozova, O.M. Martynyuk, V.S. Artemenko, O.Yu. Hretskyi, I.O. Mulec, Janez Tseyslyer, Yu.V. Громозова, О.М. Мартинюк, В.С. Артеменко, О.Ю. Грецький, І.О. Мулек, Жанез Цейслер, Ю.В. |
| spellingShingle |
Gromozova, O.M. Martynyuk, V.S. Artemenko, O.Yu. Hretskyi, I.O. Mulec, Janez Tseyslyer, Yu.V. Громозова, О.М. Мартинюк, В.С. Артеменко, О.Ю. Грецький, І.О. Мулек, Жанез Цейслер, Ю.В. Features of Bioluminescence Dynamics of Photobacterium phosphoreum IMV B-7071 |
| author_facet |
Gromozova, O.M. Martynyuk, V.S. Artemenko, O.Yu. Hretskyi, I.O. Mulec, Janez Tseyslyer, Yu.V. Громозова, О.М. Мартинюк, В.С. Артеменко, О.Ю. Грецький, І.О. Мулек, Жанез Цейслер, Ю.В. |
| author_sort |
Gromozova, O.M. |
| title |
Features of Bioluminescence Dynamics of Photobacterium phosphoreum IMV B-7071 |
| title_short |
Features of Bioluminescence Dynamics of Photobacterium phosphoreum IMV B-7071 |
| title_full |
Features of Bioluminescence Dynamics of Photobacterium phosphoreum IMV B-7071 |
| title_fullStr |
Features of Bioluminescence Dynamics of Photobacterium phosphoreum IMV B-7071 |
| title_full_unstemmed |
Features of Bioluminescence Dynamics of Photobacterium phosphoreum IMV B-7071 |
| title_sort |
features of bioluminescence dynamics of photobacterium phosphoreum imv b-7071 |
| title_alt |
Особливості динаміки біолюмінесценції Photobacterium phosphoreum ІМВ B-7071 |
| description |
The problem of the prolonged and stable intensity of bioluminescent signals is relevant in the development of any test systems that use biological objects. The aim of this work was to study the features of bioluminescence dynamics of Photobacterium phosphoreum IMV B-7071 in a liquid and on different stationary media. Methods. Bioluminescence studies were performed in liquid, agarose, and cellulose-cotton media. Bacterial suspensions were cultivated at 21°C in the mediums with standard composition. We studied both the background glow and its dynamics under conditions of mixing a liquid medium. Bioluminescence was recorded using digital photography with subsequent image processing of the samples. The measurements of luminescence were made by digital photo or video recording using Olympus digital camera SP560UZ, CANON 700D, and mobile device camera Samsung Galaxy 9 Note with specialized applications for mobile devices "Colorimeter (Lab Tools Apps)" and Camera Color Counter (Keuwsoft) at maximum light sensitivity in the automatic white balance mode at a fixed distance from the sample. Image processing was carried out using ImageJ and Origin Pro. Spectra of bacterial luminescence and its dynamics over time were measured using an LOMO MDR-23 spectrometer in the range of 200–750 nm. Results. The results of the study prove that in aqueous or solid agar and also on cellulose cotton medium, the intensity of bioluminescence of P. phosphoreum gradually increases, reaching a maximum within approximately 2 days, after which it slowly fades. It was established that the bioluminescence of photobacterium P. phosphoreum is a non-stationary process and has characteristic features of temporal dynamics associated with both the dynamics of the oxygen concentration in the environment of bacterial suspensions and the dynamics of the bacterial population density. Analysis of the luminescence spectra of bacteria shows that luminescence occurs mainly in the blue and green regions of the spectrum with luminescence maxima in the range of 460–520 nm, but the ultra-weak glow is also registered in the UV and red spectral ranges. The variability of photobacterial luminescence spectra over time in the spectral ranges of the main luminophores causes color fluctuations between the blue and green ranges. Conclusions. The key parameters of multi-day background and short-term induced bioluminescence dynamics of photobacteria in different environments were clarified, and the certain variability of the spectral characteristics of luminescent radiation over time was shown. The revealed features of the dynamics of the bioluminescence of P. phosphoreum must be taken into account in practical application to assess the toxicity of substances of various nature, as well as in environmental monitoring. |
| publisher |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/134 |
| work_keys_str_mv |
AT gromozovaom featuresofbioluminescencedynamicsofphotobacteriumphosphoreumimvb7071 AT martynyukvs featuresofbioluminescencedynamicsofphotobacteriumphosphoreumimvb7071 AT artemenkooyu featuresofbioluminescencedynamicsofphotobacteriumphosphoreumimvb7071 AT hretskyiio featuresofbioluminescencedynamicsofphotobacteriumphosphoreumimvb7071 AT mulecjanez featuresofbioluminescencedynamicsofphotobacteriumphosphoreumimvb7071 AT tseyslyeryuv featuresofbioluminescencedynamicsofphotobacteriumphosphoreumimvb7071 AT gromozovaom featuresofbioluminescencedynamicsofphotobacteriumphosphoreumimvb7071 AT martinûkvs featuresofbioluminescencedynamicsofphotobacteriumphosphoreumimvb7071 AT artemenkooû featuresofbioluminescencedynamicsofphotobacteriumphosphoreumimvb7071 AT grecʹkijío featuresofbioluminescencedynamicsofphotobacteriumphosphoreumimvb7071 AT mulekžanez featuresofbioluminescencedynamicsofphotobacteriumphosphoreumimvb7071 AT cejslerûv featuresofbioluminescencedynamicsofphotobacteriumphosphoreumimvb7071 AT gromozovaom osoblivostídinamíkibíolûmínescencííphotobacteriumphosphoreumímvb7071 AT martynyukvs osoblivostídinamíkibíolûmínescencííphotobacteriumphosphoreumímvb7071 AT artemenkooyu osoblivostídinamíkibíolûmínescencííphotobacteriumphosphoreumímvb7071 AT hretskyiio osoblivostídinamíkibíolûmínescencííphotobacteriumphosphoreumímvb7071 AT mulecjanez osoblivostídinamíkibíolûmínescencííphotobacteriumphosphoreumímvb7071 AT tseyslyeryuv osoblivostídinamíkibíolûmínescencííphotobacteriumphosphoreumímvb7071 AT gromozovaom osoblivostídinamíkibíolûmínescencííphotobacteriumphosphoreumímvb7071 AT martinûkvs osoblivostídinamíkibíolûmínescencííphotobacteriumphosphoreumímvb7071 AT artemenkooû osoblivostídinamíkibíolûmínescencííphotobacteriumphosphoreumímvb7071 AT grecʹkijío osoblivostídinamíkibíolûmínescencííphotobacteriumphosphoreumímvb7071 AT mulekžanez osoblivostídinamíkibíolûmínescencííphotobacteriumphosphoreumímvb7071 AT cejslerûv osoblivostídinamíkibíolûmínescencííphotobacteriumphosphoreumímvb7071 |
| first_indexed |
2024-09-01T17:43:25Z |
| last_indexed |
2024-09-04T04:05:54Z |
| _version_ |
1818541431512367104 |
| spelling |
oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-1342024-09-03T15:29:34Z Features of Bioluminescence Dynamics of Photobacterium phosphoreum IMV B-7071 Особливості динаміки біолюмінесценції Photobacterium phosphoreum ІМВ B-7071 Gromozova, O.M. Martynyuk, V.S. Artemenko, O.Yu. Hretskyi, I.O. Mulec, Janez Tseyslyer, Yu.V. Громозова, О.М. Мартинюк, В.С. Артеменко, О.Ю. Грецький, І.О. Мулек, Жанез Цейслер, Ю.В. Photobacterium phosphoreum бактеріальна біолюмінесценція спектри люмінесценції водне тверде агаризоване та целюлозно-ватне середовища bacterial bioluminescence Photobacterium phosphoreum luminescence spectra aqueous medium solid agar cellulose cotton medium The problem of the prolonged and stable intensity of bioluminescent signals is relevant in the development of any test systems that use biological objects. The aim of this work was to study the features of bioluminescence dynamics of Photobacterium phosphoreum IMV B-7071 in a liquid and on different stationary media. Methods. Bioluminescence studies were performed in liquid, agarose, and cellulose-cotton media. Bacterial suspensions were cultivated at 21°C in the mediums with standard composition. We studied both the background glow and its dynamics under conditions of mixing a liquid medium. Bioluminescence was recorded using digital photography with subsequent image processing of the samples. The measurements of luminescence were made by digital photo or video recording using Olympus digital camera SP560UZ, CANON 700D, and mobile device camera Samsung Galaxy 9 Note with specialized applications for mobile devices "Colorimeter (Lab Tools Apps)" and Camera Color Counter (Keuwsoft) at maximum light sensitivity in the automatic white balance mode at a fixed distance from the sample. Image processing was carried out using ImageJ and Origin Pro. Spectra of bacterial luminescence and its dynamics over time were measured using an LOMO MDR-23 spectrometer in the range of 200–750 nm. Results. The results of the study prove that in aqueous or solid agar and also on cellulose cotton medium, the intensity of bioluminescence of P. phosphoreum gradually increases, reaching a maximum within approximately 2 days, after which it slowly fades. It was established that the bioluminescence of photobacterium P. phosphoreum is a non-stationary process and has characteristic features of temporal dynamics associated with both the dynamics of the oxygen concentration in the environment of bacterial suspensions and the dynamics of the bacterial population density. Analysis of the luminescence spectra of bacteria shows that luminescence occurs mainly in the blue and green regions of the spectrum with luminescence maxima in the range of 460–520 nm, but the ultra-weak glow is also registered in the UV and red spectral ranges. The variability of photobacterial luminescence spectra over time in the spectral ranges of the main luminophores causes color fluctuations between the blue and green ranges. Conclusions. The key parameters of multi-day background and short-term induced bioluminescence dynamics of photobacteria in different environments were clarified, and the certain variability of the spectral characteristics of luminescent radiation over time was shown. The revealed features of the dynamics of the bioluminescence of P. phosphoreum must be taken into account in practical application to assess the toxicity of substances of various nature, as well as in environmental monitoring. На цей час надійно доведено, що біолюмінесцентна реакція є системним показником загальної метаболічної активності клітин та їх функціонального стану. Біолюмінесценція бактерій забезпечується спеціальною бактеріальною монооксигеназою – люциферазою, яка локалізується в цитоплазмі і здійснює спряжене окислення NADPH і довголанцюгового альдегіду. Продуктами реакції є окислений флавінмононуклеотид (FMN), відповідна жирна кислота (RCOOH), H2O і видиме світло. У зв'язку з високою чутливістю, швидкістю реакції та простотою реєстрації біолюмінесцентний аналіз широко використовується для експрес-оцінки біологічно активних та токсичних речовин. Проблема тривалої та стабільної інтенсивності біолюмінесцентного сигналу є актуальною при розробці будь-яких тест-систем, що використовують біологічні об’єкти. Метою даної роботи було вивчити особливості динаміки біолюмінесценції Photobacterium phosphoreum IMV B-7071 у різних середовищах. Методи. Об’єктом дослідження була культура Photobacterium phosphoreum IMV B-7071 з депозитарію Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України. Дослідження біолюмінесценції проводили у рідинному, агаризованому і целюлозно-ватному середовищах. Бактеріальні суспензії культивували за температури 21 °С у рідкому поживному середовищі наступного складу (г/л): пептон ‒ 5.0; дріжджовий екстракт ‒ 1.0; NaCl ‒ 30.0; Na2HPO4 ‒ 5.3; KH2PO 4 x 2H2 O ‒ 2.1; (NH4)2HPO4 ‒ 0.5; MgSO4 x 7 H2O ‒ 0.1; гліцерин ‒ 3.0 мл/л, вода дистильована ‒ до 1 л, pH 7.0. Тверде середовище було такого ж вмісту з 2% агар-агару. В експериментах на целюлозно-ватному середовищі на ватні диски поміщали 1 мл поживного середовища зазначеного складу, після чого в центральну частину додавали 0.2 мл бактеріальної суспензії з оптичною густиною D = 0.100, що відповідало концентрації клітин 2*107 клітин/мл. Вимірювання люмінесценції проводили методом цифрової фото- або відеофіксації за допомогою цифрових фотоапаратів Olympus SP560UZ, CANON 700D та камери мобільного пристрою Samsung 9 Note зі спеціалізованими додатками для мобільних пристроїв "Colorimeter (Lab Tools Apps)" та Camera Color Counter (Keuwsoft) за максимальної світлочутливості в режимі автоматичного балансу білого на фіксованій відстані від зразка. Обробку зображень проводили за допомогою програм ImageJ та Origin Pro. Спектри люмінесценції бактерій та їх динаміку вимірювали за допомогою спектрометра LOMO MDR-23 в діапазоні 200–750 нм. Як контроль темнового світіння використовували поживне середовище, в якому культивувались бактерії. Статистичну обробку експериментальних даних здійснювали згідно із загальноприйнятими алгоритмами варіаційної статистики. Результати. Результати дослідження доводять, що біолюмінесценція фотобактерій P. phosphoreum не є стаціонарним процесом і має характерні особливості часової динаміки, пов’язаної як з динамікою концентрації кисню в середовищі бактеріальних суспензій, так і з динамікою щільності бактеріальної популяції. У водних, на твердих середовищах і на целюлозно-ватних носіях інтенсивність світіння поступово зростає, досягаючи максимуму на другу добу, після чого повільно затухає. Затухання біолюмінесценції, ймовірно, пов’язано зі зростанням щільності бактеріальної культури в умовах достатньої кількості поживних речовин. У рідинному середовищі активне збовтування бактеріальних суспензій приводить до різкого потужного спалаху біолюмінесценції з подальшим інтенсивним світінням впродовж від десятка секунд до десятка хвилин, після чого світіння швидко затухає за декілька секунд до низькоінтенсивного фонового рівня. Під час цього процесу динаміка концентрації кисню лише частково відповідає динаміці світіння на перших фазах. Фаза швидкого затухання біолюмінесценції в об’ємі бактеріальної суспензії характеризує особливості роботи внутрішньоклітинних регуляторних механізмів, які, ймовірніше за все, контролюють процес світіння за пороговим «on-off» принципом. Бактеріальна люмінесценція спостерігається за дуже низьких концентраціях кисню, що свідчить про високу енергоефективність функціонування біолюмінесцентної системи фотобактерій. Аналіз спектрів бактеріальної люмінесценції свідчить про те, що світіння відбувається у всьому дослідженому діапазоні 200–700 нм. Цей факт свідчить, що окисно-відновні перетворення субстратів, які відбуваються в активному центрі люциферази P. phosphoreum IMV B-7071, є ферментативним високоенергетичним процесом, що супроводжується виникненням потужних електрон-збуджених станів в активному центрі ферменту, релаксація яких приводить до випромінювання світла головними люмінофорами з подальшим розсіюванням його в широкому діапазоні. Часова варіативність спектрів світіння фотобактерій, насамперед у спектральних діапазонах люмінесценції головних емітерів бактеріальної люмінесценції – флавіноксиду і люмазину, є причиною кольорових коливань світіння між синім і зеленим діапазонами, які спостерігаються при моніторингу спектральних особливостей біолюмінесцентного світлопотоку. Висновки. З'ясовано ключові параметри динаміки багатоденної фонової та короткочасної індукованої біолюмінесценції фотобактерій на різних середовищах, а також показано певну мінливість спектральних характеристик люмінесцентного випромінювання у часі. Виявлені особливості динаміки люмінесценції фотобактерій P. phosphoreum мають обов’язково враховуватись у практичному використанні з метою оцінки токсичності речовин різної природи, а також в екологічному моніторингу. PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine 2024-09-03 Article Article application/pdf https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/134 10.15407/microbiolj86.04.003 Mikrobiolohichnyi Zhurnal; Vol. 86 No. 4 (2024): Mikrobiolohichnyi Zhurnal; 3-18 Мікробіологічний журнал; Том 86 № 4 (2024): Мікробіологічний журнал; 3-18 2616-9258 1028-0987 10.15407/microbiolj86.04 en https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/134/75 Copyright (c) 2024 Mikrobiolohichnyi Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |