Множество экспериментальных фактов показывают, что особенности органических и неорганических процессов могут быть неразличимы на наноразмерных уровнях.
Клетки в целостном организме растений и животных взаимодействуют между собой.
Традиционно, интеграция клеток в организме рассматривалась, преимущественно в нейро-гуморальном ключе: гормоны, медиаторы, цитокины, gap-to-gap взаимодействия…
Даже у растений существует своя иммунная система и , система распознавания запахов и несмотря, на отсутствие нервной, тем не менее глутамат подобные протены (glutamate receptor-like proteins (GLRs), используются клетками растений в качестве медиатора межклеточных взаимодействий, и регулятора кальциевых каналов
https://umdrightnow.umd.edu/news/new-model-communication-plant-cells
Как оказалось, световая энергия (биофотоны) может использоваться и для межклеточного взаимодействия.
Эмиссию фотонов клетками во время митоза открыл А.Гурвиц в 20-х, а уже в 70-е годы Фриц Попп и др. начали работать с биофотонами.
В опытах с культурами клеток фибробластов, эндотелиальных клеток, расположенных рядом, но разделенных кварцевым стеклом было обнаружено возможность их взаимодействие дистационно
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0005086
Российский ученый Сергей Майбуров наблюдая партию яиц из рыбы и лягушек, обнаружил, что рыбные яйца, хранящиеся в разных местах, могли синхронизировать свое развитие с помощью биофотонов.
Эта идея нелокальной связи между системами предполагает, что свет, излучаемый нашими клетками, может нести информацию, которая выходит за рамки нынешних основных представлений о том, как работают наши биологические системы.
Предполагается, что существует некая потребность в более быстром межклеточном взаимодействии, чем ее могут обеспечить биохимические процессы и эту нишу возможно занимает световое взаимодействие.
Биофотоны испускаются в процессе метаболизма и течения естественных и биолюминесцентных реакций, при образованием свободных радикалов [таких как активные формы кислорода (ROS)] и во время дезактивации энергетически возбужденных молекул.
то момент биофотоны считались побочными продуктами химических реакций в нашей ДНК, поскольку впервые была зафиксирована во время митоза и возможно они действительно несут какую то информацию, касающуюся деления клетки .
При удалении ядра и ДНК световой поток прекращался, несмотря на продолжающееся функционирование клетки (да-да, клетка после удаления ядра еще способна выполнять свои функции).
Существует даже гипотеза о том , что источником продукции биофотонов является "мусорная", не кодирующая гены ДНК, с еще не выясненной функцией.
Препятствием для распространения фотонов малых энергий является среда, где они абсорбируются согласно закону Beer–Lambert клеточными структурами, поэтому световое взаимодействие возможно только для находящихся рядом клеток, хотя некоторые авторы и рассматривают потенциальную возможность распространения света по микротрубочкам цитоскелета или по аксонам нейронов, выполняющих функцию световолокна.https://www.nature.com/articles/srep36508
Биофотоны поглощаются различными хромофорами в клетках-приемниках, для передачи информации ядру или другим биохимическим путям.
Хромофоры, подобные родопсину открыты в и не фототропых бактериях, способны выполнять роль фактора транскрипции.
Фоторецепторы на основе флаваноидов абсорбируют энергию света и передают ее другим молекулам, которые продуцируя синглетный кислород, запускают окислительно-восстановительные реакции, что может влиять на экспрессию генов и даже апоптоз.
Другой рецепторный механизм позволяет фотонам индуцировать формирование перекрестных связей транскрипционных факторов и белков.
Биофотоны постоянно продуцируются в нейронах Isojima et al., 1995; Kataoka et al., 2001). Кроме того, интенсивность продукции биофотонов в мозге крысы in vivo коррелирует с метаболизмом в мозге, активностью ЭЭГ, мозговым кровотоком и окислительными процессами (Kobayashi et al., 1999a, b),
По-видимому, биофотонная и биоэлектрическая активность мозга являются взаимозависимыми биологическими процессами, а их синергическое действие может играть значительную роль в сигнальных процессах нервной системы.
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2015.00055/full
Есть мнение, что свет, который умирающие видят перед смертью, как раз и есть эти биофотоны, образующие в огромном количестве в различных участках головного мозга, в ретинотропных зонах сетчатки, спровоцированное воздействием на нее не регулированной продукцией свободных радикалов.
Выявлен факт магниторецепции с помощью белков криптохромов, расположенных в глазах голубей, которые фактически видят магнитные поля и используют их в качестве ориентиров.
Эти же способности зарегистрированы и у других птиц, собак и даже приматов(орангутангов) и совсем свежая информация у человека
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0211826
Мужчины оказывается тоже способны при участии голубого света, который возбуждает не визуальные рецепторы сетчатки, определять стороны света, в экспериментах с вращающимся креслом.
Изучение роли света в межклеточном взаимодействии продолжается и начнает находить практическое применение. Активно развиваются такие направления направленные на изучение взаимодействия живых систем со светом, как биофотоника или оптогенетика.
Можно предположить, что клетки реагируют не столько на наличную интенсивность света , как на изменение интенсивности "до-после", их реакция могут зависеть от вида, количества, локализации рецепторов в различных клетках и тканях, от длины волны испускаемых клетками фотонов.
Уже синтезирована живая клетку с искусственным ДНК.
Этот эксперимент, который многие ученые назвали прорывом в науке, стал шагом на пути к созданию новых форм жизни.
В институте Планка работают с синтетическими клетками, и одной из проблем является необходимость влияние на их самоорганизацию, что требует точного пространственно-временного контроля.
Это задача решается с помощью внедрения в клетки фоточувствительных белков переключателей-контролеров, что дает возможность влиять на их адгезивные взаимодействия самосборку и самосортировку итд с помощью видимого света.
Seok Hyun Yun, разрабатал прозрачный клеточный каркас, называемый гидрогелем, который можно использовать для передачи света в клетки in vivo.
Он сделаны из воды, клеточных сред и биополимеров, чтобы быть гибкими и прозрачными и служат волноводом для света. Гидрогель, содержащий клетки HeLa, длиной четыре сантиметра пересадили мышам подкожно и подключили к волоконно-оптическому кабелю.
In vivo было показано, что такие конструкции могут использоваться для обнаружения флюоресцентных белков, экспрессируемых клетками, стимуляции клеток с помощью света, передаваемого по оптоволоконному кабелю, например, для подавления высокого уровня глюкозы в крови у мышей с диабетом. Их работа была опубликована в журнале Nature Photonics .
Существуют также целые области, посвященные разработке оптогенетических подходов для терапевтического использования.
Разработка клеточной терапии для лечения болезней продолжается, но сопряжена с проблемами.
Клетки могут быть генетически сконструированы для экспрессии фотоактивных белков реагирующих на свет, но поскольку оптические свойства большинства тканей затрудняют проникновение через них света, что требует решения проблемы попадание света в клетки, когда они находятся в организме.