بیولومینسانس (Bioluminescence)

به تولید نور و گسیل ان توسط موجودات زنده گفته می شود .

Lumen کلمه ای لاتین به معنی نور مشتق شده است . لوسیفرین در حضور اکسیژن وانزیم کاتالازکننده لوسیفرازاکسید می شود. این واکنش هم در داخل سلول وهم در خارج سلول رخ می دهد. واژه‌ی لومینسانس را اولین بار Eilhardt wiedman در سال 1888 خلق کرد که به معنی انتشار نور سرد است. و لومینسانس یا نور سرد نباید با فلورسانس، فسفورسانس و یا شکست نور اشتباه شود. در سال 1916 Harvey واژه‌ی بیولومینسانس را که به معنی لومینسانس از موجودات زنده است را به کار برد. بیولومینسانس تولید و نشر نور، در اثر انجام یک واکنش شیمیایی- آنزیمی، از موجودات زنده است و بر خلاف واکنش‌های زیستی معمول، که انرژی به صورت گرما به محیط داده می‌شود، انرژی این واکنش به انرژی نورانی مبدل می‌شود. قسمت عمده نور تولید شده متعلق به طیف رنگ ابی تا سبز است(طول موج 450تا500نانومتر).این طول موج ها بیشترین نفوذ را درآب دارند. به این پدیده نور سرد اطلاق می شود:کمتر از 20درصد نور از خود گرما تولید می کند. آنچه که سبب روی آوردن به استفاده از پُروب‌ها یا کاوشگرهای بیولومینسانس می‌شود برتری‌های این روش نسبت به استفاده از پروب‌های دیگر نظیر افزودن فلوروفور‌ها است. این روشها براساس انرژی مورد نیازبرای تولیدفتون چگونه تامین می شود دسته بندی می شوند:

فتولومینسانس منبع انرژی برای برانگیختن الکترون فتون است.

کمولومینسانس منبع انرژی برای برانگیختن الکترون شیمیایی است.

رادیولومینسانس منبع انرژی برای برانگیختن الکترون رادیویی است.

جذب انرژی توسط ملکول ساطع کننده نور باعث برانگیخته شدن ملکولمی شود و هنگامی که ملکول به حالت اولیه بر می­گردد انرژی اضافی به صورت نور خارج می­شود. ارگانیسم های بیولومینسانس کننده در طول موج ایجاد شده،مدت زمان نور دهی، الگوها و چشمک زدنها به صورت اختصاصی عمل کرده  و متفاوت هستند.

کاربردهای این پدیده

سیستم لوریسی فراز در:مهندسی ژنتیک به عنوان ژنهای بیان کننده؛در علوم زیست –پزشکی در تحقیقات برای عکس برداری . محصولات تولیدشده شامل:درختان نورانی حاشیه جاده هاوبزرگراهها-محصولات کشاورزی تزئینی که هنگام نیاز به آب می درخشند-روشهای جدیدبرای اشکار سازی الودگی باکتریایی گوشتها وسایرحیوانات ، شناسایی گونه هایی باکتریایی مشکوک . سیستم بیولومینسانس کرم شب تاب که عموماً به عنوان روشی برای اندازه‌گیری ATP،که یک مولکول ناقل انرژی در واکنش‌های سوخت و سازحیاتی است، استفاده می‌شود.

پروتئین‌های حساس به کلسیم در ماهی ژله‌ای ، از قبیل آکوآرین (aequorin) به طور گسترده‌ای در نشان دادن کلسیم داخل سلولی، که تنظیم کننده‌ی بسیاری از واکنش‌های مختلف سلولی است،  استفاده می‌شود.

رایج‌ترین کاربرد بیولومینسانس در تحقیقات علوم زیستی، استفاده به عنوان گزارشگرهای ژنتیکی، مثلا برای فرابینی دینامیک نسخه برداری ژنتیکی، است. لوسیفراز کرم شب تاب معمولا بهترین گزینه برای این منظور است. لوسیفراز کرم شب تاب یک پروتئین 61 کیلودالتونی تک پار است که برروی لوسیفرین، ATP و اکسیژن اثر کرده و در نتیجه‌ی این واکنش نور سبزـ زرد با طول موج 560 تولید می‌شود. پروتئین لومینسنت دیگری که از ماهی ژله‌ای همراه با آکوارین استخراج و کشف شده است، پروتئین سبز  (GFP; green fluorescent protein) است که استفاده از آن به طور وسیعی در حال گسترش است و به عنوان یک نشانگر با کارایی بالا برای سلول‌های زنده در تحقیقات زیستی و همچنین ابزاری در تشخیص‌های پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

برخی جنبه‌های سنجش‌های مبتنی بر بیولومینسانس و مقایسه‌ی آن با روش‌های دیگر سنجش، می‌پردازیم.

1- مطالعات فیزیولوژیکی بر روی سیستم‌های زنده

برای بررسی یک فرایند حیاتی از ردیاب‌های وارد شونده به سلول استفاده می‌شود. این نوع ردیاب‌ها که عمدتاً  نوعی مولکول فلوروفور یا رادیوایزوتوپ است از طریق واردشدن یا اختلاط یافتن با یک واکنش سلولی ویژه عمل می‌کنند.

2-. تعیین ویژگی‌های سلول‌های زنده در کشت‌های سلولی