مقدمه‌ای بر کاربردهای فلوسایتومتری در اقیانوس شناسی
رشته اقیانوس شناسی به روش‌های تحلیلی قابل اعتماد، کارآمد و با توان بالا نیاز دارد. یک روش تحلیلی بسیار مناسب که مورد توجه تحقیقات قرار گرفته است فلوسایتومتری است که در بسیاری از زمینه‌های دیگر در علوم زیستی نیز مورد استفاده قرار گرفته است. این مقاله مروری بر این تکنیک تحلیلی قدرتمند در اقیانوس شناسی ارائه می‌دهد.
فلوسایتومتری چیست؟
فلوسایتومتری به یک تکنیک تحلیلی ضروری در علوم زیستی تبدیل شده است. با استفاده از این روش، محققان می‌توانند ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی جمعیت سلول‌ها و ذرات را اندازه گیری کنند. نمونه‌های موجود در یک مایع به فلوسایتومتر تزریق می‌شوند، متمرکز می‌شوند و هر بار یکی از سلول‌ها یا ذرات از کنار لیزر عبور می‌کنند و اندازه‌گیری می‌شوند.
نمونه‌های هدف معمولاً با یک نشانگر فلورسنت رنگ آمیزی می‌شوند و نور در نوارهای طول موج جذب و منتشر می‌شود. نور پراکنده شده توسط این فرآیند مشخص کننده سلول‌ها، اجزای سلولی و ذرات است. آشکارسازها برای ضبط اطلاعات روی سلول‌ها یا ذرات جمعیت استفاده می‌شوند که سپس توسط نرم افزار تفسیر و تجزیه و تحلیل می‌شوند. داده‌های قابل سنجش از نمونه‌ها بازیابی می‌شود.
سایتومترهای مدرن می‌توانند هزاران سلول یا ذره را در ثانیه تجزیه و تحلیل کنند و فلوسایتومتری را به یک فرآیند کمی خودکار و با توان بالا تبدیل کنند. پنج عنصر برای فلوسایتومتر مدرن وجود دارد:
- جریان سلول
- سیستم اندازه گیری
- آشکارساز
- سیستم تقویت
- کامپیوتر
جریان سلول حاوی یک مایع غلاف است که به صورت هیدرودینامیکی سلول‌ها یا ذرات را برای تجزیه و تحلیل در یک جریان واحد متمرکز می‌کند. چندین لیزر را می‌توان در اجزای آشکارسازها استفاده کرد و می توان از هوش مصنوعی برای کارآمدتر کردن فرآیند بهره برد.
فلوسایتومتری در اقیانوس شناسی و تحقیقات دریایی
نگرانی‌های زیست محیطی مانند تغییرات آب و هوا، انتشار آلودگی‌های صنعتی، فروپاشی منابع دریایی و از دست دادن تنوع زیستی، نیاز مبرم به مطالعه اکوسیستم‌های دریایی و تأثیر ما بر آنها را ضروری کرده است.
فلوسایتومتری به طور فزاینده ای در مطالعه جمعیت‌های دریایی و تأثیر فعالیت‌های انسانی، کاربرد پیدا کرده است. در اواخر دهه 1980، فلوسایتومتری برای مطالعه جمعیت میکروارگانیسم‌های دریایی، مانند فیتوپلانکتون‌ها، ویروس‌های آزاد و باکتری‌های هتروتروف مورد استفاده قرار گرفت و دانش بیشتری در مورد نقش این میکروارگانیسم‌ها و چگونگی تغییر جمعیت آنها فراهم کرد. مطالعات بر ساختار جامعه میکروبی ، مانند نحوه تولید و محل آن متمرکز شده است.
فراوانی، توزیع و سرنوشت جلبک‌های دریایی، که پرسش‌های اساسی اکولوژیکی هستند، توسط دانشمندان با استفاده از تکنیک‌های تحلیلی مانند فلوسایتومتری بررسی می‌شوند. افزایش درک اکوسیستم‌های دریایی از گسترش و توسعه بحران‌های اکولوژیکی جهانی ناشی می‌شود. اقیانوس شناسی بیولوژیکی به طور فزاینده ای درگیر پاسخگویی به سؤالات اجتماعی-اکولوژیکی کنونی شده است و فلوسایتومتری یک فناوری مرکزی است که به پاسخ به این سؤالات کمک می کند.
جدای از مطالعه میکروارگانیسم‌های دریایی، فلوسایتومتری برای مطالعه ویژگی‌های سلولی موجودات دریایی بزرگ استفاده می‌شود. تحقیقاتی در مورد کلپ، اسفنج، صدف، پری‌وینکل(نوعی گیاه دریایی)، گونه‌های ماهی مانند sea bass و حتی پستانداران دریایی مانند سمور دریایی انجام شده است.
فلوسایتومتری on-Board
اندازه‌گیری‌های میدانی بخش مهمی از اقیانوس‌شناسی است که نیاز به سایتومترهایی را تسهیل می‌کند که بتوانند به‌طور قابل اعتمادی در خارج از آزمایشگاه عمل کنند. دستگاه‌ها باید خواسته‌هایی مانند هزینه کم، حمل و نقل و جابجایی آسان و قابلیت نمونه برداری خودکار را برآورده کنند.
با این حال، سایتومترهای میدانی کم‌هزینه مانند Applied Biosystems Attune® در مقایسه با دستگاه‌های مبتنی بر آزمایشگاه به دلیل اجزای سیستم‌های الکتریکی و نوری پیچیده‌تر، از حساسیت کمتری دارند. حساسیت کم معمولاً برای باکتری‌های رنگ آمیزی شده توسط رنگ‌های فلورسنت قوی یا یوکاریوت‌هایی با محتوای رنگدانه بالا مشکلی ایجاد نمی‌کند. با این حال، فقدان حساسیت(یا حساسیت پایین) در سایتومترهای پردازنده ،مشکلاتی را هنگام تجزیه و تحلیل جمعیت سیانوباکتری‌هایی مانند پروکلروکوکوس، که در مناطقی از اقیانوس‌های گرمسیری وجود دارند، ایجاد می‌کند.
این میکروارگانیسم‌ها دارای چالش‌هایی برای فلوسایتومتری ایجاد می‌کنند، از جمله فلورسانس قرمز کم و پراکندگی اندک. غلظت رنگدانه‌ها در سلول‌های آنها کم است و جمعیت‌های “dim” ایجاد می‌کند.
جمعیت dim: توصیف مناسب برای شدت فلورسانس آنتی بادی برای یک جمعیت مثبت یکنواخت با متوسط شدت فلورسانس کمتر ،از یک جمعیت سلولی مثبت نرمال است.
محققان در سال‌های اخیر راه حل‌هایی را برای غلبه بر مشکلات مربوط به تجزیه و تحلیل پروکلروکوک توسعه داده‌اند. اینها شامل اصلاحات ریاضی در نرم افزار و بهینه سازی تنظیمات نوری برای بهبود تشخیص فلورسانس و انرژی تحریک است. این منجر به توسعه فلوسایتومترهای حساس‌تر on-Board شده است.
SeaFlow
SeaFlow راه حلی است که اخیراً برای بهبود میزان حساسیت سایتومتر برای بوم شناسان دریایی و اقیانوس شناسان توسعه یافته است. ویژگی اصلی سیستم SeaFlow عدم وجود مایع غلاف در آن است. این دستگاه از یک رویکرد جدید استفاده می‌کند که در آن یک هسته مجازی موقعیت یک ذره را در نمونه آب دریا تعیین می کند. نمونه برداری مداوم و خودکار از آب دریا با استفاده از این سیستم امکان پذیر است.
لیزرهای موجود در سایتومتر به طور خودکار با سیستم نوری همسو می‌شوند تا پارامترهایی مانند رانش را با استفاده از تجزیه و تحلیل تصویر نظارت و تصحیح کنند. این سیستم می‌تواند با سرعت 24000 سلول در ثانیه را شمارش کند. پویایی فیتوپلانکتون‌های سطحی را می‌توان در مقیاس‌های متر تا چندین هزار کیلومتر کاوش کرد.
از زمانی که این فناوری برای اولین بار در سال 2008 به کار گرفته شد، 200000 نمونه از آب‌های سطحی جمع آوری شده است. با توجه به ابزارهای پیشرفته تجزیه و تحلیل داده‌ها و تجسم داده‌های مرجع جغرافیایی، این سیستم می‌تواند اطلاعاتی در مورد پویایی جمعیت میکروارگانیسم‌های دریایی جهانی ارائه دهد. SeaFlow تجزیه و تحلیل on-Board را با قابلیت‌های سایتومترهای معمولی مبتنی بر آزمایشگاه ارائه می‌کند.
به طور خلاصه
فلوسایتومتری قابلیت‌های تحلیلی پیشرفته ای را در اقیانوس شناسی برای مطالعه مداوم جمعیت های دریایی و تأثیر فعالیت های انسانی مانند تغییرات آب و هوا و آلاینده ها بر اقیانوس های جهان فراهم کرده است. توسعه اخیر سایتومترهای میدانی کم‌هزینه و قابل اعتماد، با قابلیت‌های عملکردی در مقایسه با دستگاه‌های گران‌قیمت مبتنی بر آزمایشگاه، قابلیت‌های نظارت بر اکوسیستم دریایی را به‌طور قابل‌توجهی برای زیست‌شناسان دریایی افزایش داده است.
همچنین بخوانید:
- اندازه گیری سلول های توموری در گردش با فلوسایتومتری
- گرفتن سلول‌های لوسمی در گردش برای بررسی توسط فلوسایتومتری
- کاربردهای فلوسایتومتری در علوم دامپزشکی
- فلوسایتومتری چند رنگ چیست؟
- ایمونوفنوتایپینگ در فلوسایتومتری
- دوره مهارت آموزی فلوسایتومتری
