Ultra-weak photon emission from biological samples

Abstract

Oxidative processes are an inseparable part of the life of almost all living organisms. They help to maintain homeostasis but they can also stand behind various dysfunctions or diseases. Therefore, an effective method for monitoring oxidative processes in biosamples is an essential tool for medicine, agriculture, and food industry. In this thesis, an overview of available methods for monitoring oxidation in biosamples with a special focus on biological autoluminescence (BAL) is provided. This thesis uses the term BAL to encapsulate various synonyms including the commonly used term ultra-weak photon emission. BAL correlations with various physical, chemical, and biological factors (as original research and an overview from other authors) are also presented. Specifically, the relationships between spontaneous BAL of yeast Saccharomyces cerevisiae and the selected physical and chemical parameters (pH, oxygen partial pressure, and cell concentration) during cell growth were established. Additionally, the correlation of BAL intensity from yeast cells or protein bovine serum albumin (BSA) and the number of reactive oxygen species (ROS) that originated as a result of the Fenton reaction were measured. Physical enhancement of BAL from BSA by pulsed electric field was also studied and a basic reaction...

Oxidativní procesy jsou nedílnou součástí života téměř všech živých organismů. Pomáhají udržet homeostázu, ale zároveň mohou stát za rozličnými dysfunkcemi či nemocemi. Efektivní metoda monitorování oxidativních procesů v biologických vzorcích je proto nepostradatelným nástrojem pro medicínu, zemědělství i potravinářský průmysl. Součástí této práce je přehled dostupných monitorovacích metod oxidativních procesů v biologických vzorcích se speciálním zaměřením na metodu využívající biologickou autoluminescenci (BAL). Pojem BAL zde reprezentuje i další synonyma používaná pro daný fenomén, mimo jiné také často používaný pojem "ultra slabá emise fotonů". V práci jsou prezentovány korelace mezi BAL a různými fyzikálními, chemickými a biologickými faktory (ve formě vlastního výzkumu i jako přehled výsledků jiných autorů). Je zde například ukázán vztah mezi spontánní BAL z kvasinek Saccharomyces cerevisiae a pH, parciálním tlakem kyslíku či koncentrací buněk během kultivace kvasinkových buněk v bioreaktoru. Práce taktéž ukazuje měření zabývající se vztahem počtu reaktivních forem kyslíku (ROS) pocházejících z Fentonovy reakce a indukované intenzity BAL z kvasinek či proteinu hovězí sérový albumin. Vliv pulzního elektrického pole na zesílení signálu BAL a možný reakční mechanismus elektrogenerovaných ROS v...