Оренбургский государственный университет

Исследование совместного влияния внешнего магнитного поля и ядерных спинов магнитных изотопов ²⁵Mg и ⁶⁷Zn на бактерии E. coli

Проект № 16-33-60021 – мол_а_дк

Руководитель — старший преподаватель кафедры биофизики и физики конденсированного состояния канд. физ.-мат. наук Летута У.Г.

Основная цель проекта — поиск внутриклеточного механизма влияния слабых магнитных полей на ферментативные процессы и живые организмы и его экспериментальных доказательств на примере бактериальных клеток E. coli.

В 2016 году были подробно теоретически рассмотрены два механизма влияния магнитного поля на ферментативную реакцию, идущую с переносом одного или нескольких электронов, — Δg-механизм и СТВ-механизм. Проведены расчеты, позволившие получить магнитно-полевые зависимости констант скоростей ферментативных реакций, идущих с образованием промежуточной ион-радикальной пары вследствие переноса одного или нескольких электронов. Именно такие реакции предложены в качестве универсальных магниторецепторов в живых организмов. Проведенные расчеты и численные оценки показали, что наблюдение эффектов, обусловленных влиянием магнитного поля и ядерных спинов магнитных изотопов на ферментативные процессы, возможны в полях 0–10 мТ. Притом различные биологические эффекты, описанные в литературе в сильных магнитных полях, не связаны ни с Δg-механизмом ни с СТВ-механизмом спиновой эволюции ион-радикальных пар в активном сайте фермента. Показано, что АТФ-синтезирующие ферменты могут выступать в качестве универсальных биологических магниторецепторов.

В результате проведения 12 экспериментальных серий совместного влияния внешнего постоянного магнитного поля диапазона 0–100 мТл и 10 серий диапазона 0–25 мТл и изотопов магния (магнитного ²⁵Mg и немагнитных ^24,26Mg) были обнаружены эффекты в малых полях на рост и колониеобразующую способность бактерий, предсказанные теоретически. В диапазоне 0–4,5 мТл колониеобразующая способность увеличивается, а в диапазоне 0–15 мТ наблюдаются максимальные показатели КОЕ для всех бактериальных клеток независимо от типа изотопа магния в среде роста. Кроме того, колониеобразующая способность клеток E. coli, выросших на среде М9 с магнитным изотопом ²⁵Mg, оказывается выше по сравнению с бактериями, культивируемых на среде с немагнитными изотопами ^24,26Mg, при действии внешнего постоянного магнитного поля в диапазоне 76–93 мТл.

Обнаруженные эффекты в росте бактерий являются следствием совместного влияния внешнего магнитного поля и ядерных спинов магнитных изотопов на внутриклеточные ферментативные процессы.