مقدمه
لومینسانس (Luminescence) یکی از پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی است که در آن مواد بدون گرما، نور تولید می‌کنند. در صورتیکه در فرایند تابش گرمایی (Incandescence) مواد در اثر دریافت انرژی با تولید گرما می درخشند (مانند لامپ). نشر لومینسانس معمولاً در دماهای پایین رخ داده و شامل انواع بیولومینسانس، کمولومینسانس، فلوئورسانس و فسفرسانس می‌شود. در سال‌های اخیر با پیشرفت فناوری های تشخیص فوری، پدیده لومینسانس به دلیل حساسیت و دقت بالا در زمینه زیست‌فناوری، زیست‌پزشکی و صنایع غذایی به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفته است.
یکی از کاربردهای لومینسانس، سنجش میزان آدنوزین تری‌فسفات (ATP) در نمونه‌های زیستی است. از آنجا که ATP شاخصی حیاتی برای موجودات زنده محسوب می‌شود، شناسایی آن می‌تواند معیاری دقیق برای تعیین وجود یا عدم وجود حیات میکروبی، آلودگی‌های میکروبی باشد.
لومینسانس چیست؟
لومینسانس به تولید نور توسط یک ماده بدون گرما گفته می‌شود. در واقع الکترون های ماده که با دریافت انرژی به تراز بالاتر انرژی (حالت بر انگیخته) رفته اند به حالت پایه برمی‌گردند و انرژی مازاد خود را به صورت فوتون منتشر می‌کنند. انواع رایج لومینسانس عبارتند از:
- فلوئورسانس: نشر بلافاصله نور پس از تحریک با نور.
- فسفرسانس: نشر آهسته‌تر نور این نشر حتی پس از قطع منبع تحریک ادامه می‌یابد.
- کمولومینسانس: نشر نور ناشی از واکنش‌های شیمیایی.
- بیولومینسانس: نشر نور ناشی از واکنش‌های بیولوژیکی. این نوع نشر نوع خاصی از لومینسانس که در موجودات زنده به‌وسیله آنزیم‌ها مانند لوسیفراز رخ می‌دهد.
ملکول ATP چه اهمیتی در زیست‌شناسی دارد؟
ATP یا آدنوزین تری‌فسفات، مولکولی است که به عنوان ملکول حامل انرژی در سلول‌های زنده شناخته می‌شود. تقریباً تمام فعالیت‌های سلول مانند انقباض عضلات، انتقال فعال یون‌ها، سنتز ماکرومولکول‌ها و بسیاری دیگر از عملکردهای حیاتی سلولی وابسته به ATP هستند.
از آنجایی که ATP تنها در موجودات زنده یا سلول‌های فعال زیستی یافت می‌شود، سنجش آن می‌تواند معیاری قطعی برای شناسایی وجود حیات باشد. از این ویژگی می توان برای سنجش حیات میکروارگانیسم ها برای کشف آلودگی های پنهان در صنایع دارویی، غذایی و هر صنعتی که میزان آلودگی در آن اهمیت دارد کمک شایانی کند.
سنجش ATP با روش بیولومینسانس
در روش سنجش ATP با لومینسانس، از واکنش بیولومینسانس بین ATP و آنزیم لوسیفراز استفاده می‌شود. این واکنش به شرح زیر است:
در این واکنش، آنزیم لوسیفراز با استفاده از ATP باعث اکسایش لوسیفرین می‌شود که طی آن نور تولید می‌گردد. شدت نور نشر شده به‌طور مستقیم با مقدار ATP در نمونه متناسب است. این نور توسط دستگاه لومیناتور (Luminometer) اندازه‌گیری می‌شود و اطلاعات دقیقی درباره حضور میکروارگانیسم‌ها ارائه می‌دهد. زیرا ATP تنها در میکروارگانیسم های زنده و یا تازه مرده وجود دارد.
منظور از میکروارگانیسم‌هایی که ATP دارند چیست؟
میکروارگانیسم‌ها شامل گروه‌های زیر هستند:
- باکتری‌ها (Bacteria)
- قارچ‌ها (Fungi)
- پروتوزوآ (Protozoa)
- جلبک‌های میکروسکوپی (Algae)
مکانیسم پاسخ دهی تست ATP به میکروارگانیسم‌ها چیست؟
تست ATP بر اساس اندازه‌گیری میزان ATP موجود در نمونه عمل می‌کند. از آنجایی که اکثر میکروارگانیسم‌های زنده (به جز ویروس‌ها ATP تولید می‌کنند، حضور آن‌ها باعث افزایش سطح ATP می‌شود. مراحل پاسخ‌دهی تست:
- نمونه‌برداری
- لیز کردن سلول‌های میکروارگانیسم
- افزودن واکنش‌گرهای لوسیفراز و لوسیفرین
- اندازه‌گیری شدت نور با لومیناتور
- تجزیه تحلیل داده‌ها: هر چه شدت نور نشر شده بیشتر یعنی میزان ATP بیشتر یعنی میزان میکروارگانیسم بیشتر پس آلودگی بیشتر
اهمیت شناسایی میکروارگانیسم‌ها
- کنترل کیفیت مواد غذایی
- پایش آلودگی‌های محیطی
- پزشکی و تشخیص بیماری
- بیوتکنولوژی و صنایع دارویی
نتیجه‌گیری
روش نشر بیولومینسانس به عنوان یک روش سریع، دقیق و بسیار حساس، ابزاری قدرتمند در سنجش ATP و شناسایی میکروارگانیسم‌ها محسوب می‌شود. انتظار می‌رود با توسعه فناوری‌های دقیق‌تر، این روش در آینده نیز نقش پررنگ‌تری در علوم زیستی ایفا کند.