Биология ғылымдарының докторы және РУДН университетінің экология институтының доценті Всеволод Павшинцев зебра балығы мен жасанды интеллект арқылы тұщы су айдындарының жағдайын бағалаудың инновациялық әдісін әзірлеуде. Университет грантымен қолдау тапқан жоба суды қарапайым химиялық талдаудан тыс ластаушы заттардың тірі организмдерге қалай әсер ететінін түсінуге бағытталған.

Қазіргі экологияның мәселесі — стандартты әдістер судағы антибиотиктердің, гормондардың немесе пестицидтердің іздерін анықтай алады, бірақ олар бұл заттардың флора мен фаунаға қалай әсер ететінін анықтамайды. Всеволод Вячеславович әзірлеп жатқан шешім сезімтал биосенсор ретінде тірі организмді пайдаланады.

«Қарапайым тілмен айтқанда, жоба «тірі суды сынау» жүйесін жасайды: біз су қоймасынан су аламыз, оны модельдік организмге ұшыратамыз және тек химиялық құрамды ғана емес, сонымен қатар биологиялық реакцияны – мінез-құлықты, стрессті және молекулалық өзгерістерді де бағалаймыз», — дейді Всеволод Павшинцев.

Бұл қалай жұмыс істейді?

Зерттеу барысында ғалымдар бейнебақылау жүйелерін пайдаланып, Danio rerio балығының мінез-құлқын бақылады. Жасанды интеллект тіпті ең аз өзгерістерді де анықтайды: белсенділіктің төмендеуі, ерекше қозғалыс үлгілері және мазасыздықтың жоғарылауы.

«Жаңалығы — әдіс бірден бірнеше деңгейді біріктіреді: жасанды интеллект негізіндегі мінез-құлық бейнебақылауы, биохимиялық маркерлер (мысалы, тотығу стрессі), ағзадағы улы процестермен байланысты гендердің экспрессиясы және, мүмкін, ішек микробиомасы», — дейді Всеволод Павшинцев.

Барлық деректер сандық «жауап профиліне» біріктіріледі, ол ластануды анықтап қана қоймай, сонымен қатар оның сипатын – улы, гормоналды немесе нейроуытты екенін де анықтайды. Мысалы, гормон тәрізді заттардың әсеріне ұшыраған кезде балықтар белсенділігі төмендеуі, жиі қатып қалуы және жарық жерлерден аулақ болуы мүмкін.

«Біз зебра балықтарын пайдаланамыз, себебі олар бүгінгі таңда биологиядағы ең танымал модельдік организмдердің бірі болып табылады, маңыздылығы бойынша тышқандар мен егеуқұйрықтармен салыстыруға болады. Олардың артықшылықтарына ластаушы заттарға жоғары сезімталдық, жылдам даму циклі, стандартталған мінез-құлық сынақтарының қолжетімділігі және үлкен ғылыми зерттеу базасы жатады. Болашақта мінез-құлықтың сандық модельдерін жасауға болады, бірақ ластаушы заттар гормондар, жүйке жүйесі және метаболизм арқылы әрекет ететіндіктен, жануарларды толығымен ауыстыру әлі мүмкін емес», — дейді Всеволод Павшинцев .

Зертханадан тәжірибеге дейін

Жоба қазірдің өзінде таза ғылыми бағыттан қолданбалы бағытқа ауысуда — балықтардың реакцияларының, сондай-ақ олардың мінез-құлық және молекулалық профильдерінің дерекқоры құрастырылуда. Ғалым зерттеудің болашағын қызмет көрсету зертханаларын немесе дайын сынақ жинақтарын құруда және сайып келгенде, әдіснаманы мемлекеттік қоршаған ортаны бақылау стандарттарына енгізуде елестетеді.

«Ең ықтимал алғашқы практикалық тұтынушы — балық фермалары, себебі олар үшін ірі көлемді өндірісті іске қоспас бұрын судың балық өсіруге жарамды екенін тез түсіну маңызды», — дейді Всеволод Павшинцев.

Әзірлеменің әлеуетті пайдаланушыларының қатарына Росприроднадзор, санитарлық-эпидемиологиялық қызметтер және ағынды суларды бақылауды қажет ететін өнеркәсіптік кәсіпорындар кіруі мүмкін. Негізгі артықшылығы — мәселелерді шешуге бағытталған тәсіл.

«Егер әдіс су тіршілігіне әсер ету түрін анықтаса, ол қалпына келтіру тәсілін өзгертеді: емдеу шараларын соқыр емес, нақтырақ таңдауға болады. Мысалы, улы зақым химиялық токсиндерді кетіруді қажет етеді, ал гормоналды әсерлер эндокриндік бұзылуларды тудыратын қосылыстарды кетіру технологияларын қажет етеді», — дейді Всеволод Павшинцев .

РУДН университетінің гранттық қолдауы командаға биохимия және молекулалық биологияға арналған реагенттерді сатып алуға, RT-qPCR (нақты уақыттағы полимеразды тізбекті реакция) жүргізуге және праймерлерді синтездеуге мүмкіндік берді. Қаражат сонымен қатар зертханалық балықтарды күтіп ұстауға, ғылыми журналдардағы басылымдарды қаржыландыруға және нәтижелерді халықаралық конференцияларда тексеруге пайдаланылды. Мысалы, Всеволод Вячеславович жобаны беделді FEBS (Еуропалық биохимиялық қоғамдар федерациясы) конференциясында ұсынды.

«Негізгі мақсат — Danio rerio балықтарындағы биоиндикацияны тек академиялық тәсіл ғана емес, қоршаған ортаны бақылаудың практикалық құралына айналдыру. Жалпы алғанда, бұл балықтарды кең ауқымды салалардағы ғылыми тәсілдерді толықтыратын және тереңдететін құнды ғылыми құрал ретінде танымал ету», — дейді Всеволод Павшинцев.

Дереккөз: РУДН