Διερεύνηση Του Μηχανισμού Ανίχνευσης Περιβαλλοντικών Ρυπαντών Με Βιολογικούς Αισθητήρες

Abstract

Διερευνήθηκε η «θεωρία των δονήσεων» ως πιθανός μηχανισμός όσφρησης στους ανθρώπους και τη μύγα Drosophila melanogaster για την καλύτερη ανίχνευση περιβαλλοντικών ρυπαντών και πιθανή εφαρμογή σε ανιχνευτικούς βιοαισθητήρες. Ο μηχανισμός ανίχνευσης των οσμογόνων μορίων κατά τη διαδικασία της όσφρησης είναι μέχρι σήμερα άγνωστος. Η εν λόγω διατριβή μελετά τη «θεωρία των δονήσεων» ως συνιστώσα του μηχανισμού της όσφρησης και τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο ρόλος της είναι σημαντικός. Ένα από τα βασικότερα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκε για την διερεύνηση του μηχανισμού των δονήσεων είναι η δευτερίωση. Τα ισοτοπόλογα (μόρια που περιέχουν διαφορετικά ισότοπα) θα πρέπει να μυρίζουν και διαφορετικά, σύμφωνα με τη θεωρία των δονήσεων διότι αλλάζει το προφίλ των μοραιακών δονήσεών τους ενώ διατηρείται η μορφή τους, σε αντίθεση με άλλα μόρια ίδιου σχήματος τα οποία έχουν ταυτόσημες δονήσεις και άρα κοινή οσμή. Έτσι λοιπόν, δύο μόρια που έχουν ίδια μορφή αλλά διαφορετικές μοριακές δονήσεις είναι ιδανικά για τον έλεγχο της θεωρίας των δονήσεων. Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές σε ανθρώπους με έναν μόσχο (musks είναι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στην αρωματοποιία), το κυκλοπενταδεκανόνη, το οποίο δευτεριώθηκε από εμάς και αξιολογήθηκε οσφρητικά σε σχέση με το αρχικό του ισοτοπόλογο από έντεκα εθελοντές. Η συντριπτική πλειοψηφία βρήκε τα δύο δείγματα διαφορετικά από άποψη οσμής και όλοι συμφώνησαν ότι το δευτεριωμένο έχει μια οσμή καμένου ή καβουρντισμένου ή ξηρού καρπού. Στη συνέχεια, έγιναν πειράματα συμπεριφοράς κλασικής εξαρτημένης μάθησης (Pavlov) με μύγες Δροσόφιλα κατά τα οποία δοκιμάστηκαν μόρια-ρυπαντές είτε σε δευτεριωμένη μορφή είτε όχι. Τα πειράματα έγιναν με τη βοήθεια του λαβυρίνθου σχήματος Τ. Διερευνήθηκε η περίπτωση των βορανίων τα οποία χαρακτηρίζονται από θειούχα οσμή ενώ δεν περιέχουν κανένα άτομο θείου. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν πως οι μύγες που εκπαιδεύονται να αποφύγουν τη β-μερκαπτοαιθανόλη αποφεύγουν μετέπειτα το δεκαβοράνιο και το αντίστροφο, ενώ δεν αποφεύγουν την εξανόλη και τη βενζαλδεΰδη που δεν έχουν τίποτα κοινό στα φάσματά τους ούτε και στην οσμή. Άρα απ’ ότι φαίνεται, οι μύγες αντιλαμβάνονται κι αυτές σαν κι εμάς το δεκοβαράνιο ως παραπλήσιας οσμής με τη β-μερκαπτοαιθανόλη και άρα αντιλαμβάνονται τις δονήσεις των μορίων. Επίσης, διερευνήθηκε η περίπτωση των κυανυδρινών, δηλαδή μόρια που έχουν το -ΟΗ στον ίδιο άνθρακα που είναι και το νιτρίλιο με αποτέλεσμα, ο δεσμός του νιτριλίου -C≡N να επηρεάζεται από το κοντινό φορτίο και να απαλείφεται στο φάσμα υπέρυθρης ακτινοβολίας κι επιπλέον να εξαφανίζεται η μεταλλική οσμή που είναι χαρακτηριστική του νιτριλίου. Οι μύγες που εκπαιδεύτηκαν να αποφεύγουν το 2-υδροξυνιτρίλιο (κυανυδρίνη) δεν απέφυγαν το ισομερές του, ενώ εκείνες που εκπαιδεύτηκαν με το 3-υδροξυνιτρίλιο απέφυγαν στη συνέχεια ένα διαφορετικό νιτρίλιο, το κιτρονελλονιτρίλιο. Έτσι αποδεικνύεται ότι οι μύγες αναγνωρίζουν την κοινή δόνηση ανάμεσα στα νιτρίλια και την έλλειψη αυτής στο 2-υδροξυβουτυρονιτρίλιο. Το γενικό συμπέρασμα που προκύπτει είναι πως οι μύγες όπως και ο άνθρωπος χρησιμοποιούν τη μέθοδο των δονήσεων, σε κάποιες, αν όχι όλες τις περιπτώσεις αναγνώρισης ρυπαντών και γενικότερα οσμογόνων ουσιών. Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής είναι ουσιαστικής σημασίας για τη μελλοντική έρευνα του θέματος είτε αυτή συνεχιστεί με πειράματα συμπεριφοράς είτε χρησιμοποιηθεί η μέθοδος απεικόνισης σε μύγες και άλλα έντομα. Επίσης, πιθανώς να αποτελέσουν ένα ακόμα μικρό βήμα ως προς την κατανόηση και κατασκευή επιτυχημένων βιοαισθητήρων με σκοπό την βελτίωση της περιβαλλοντικής μελέτης αλλά και μεταξύ άλλων της ιατρικής επιστήμης.