O míchání plynů v malém měřítku a s velkou přesností průtoku, koncentrace i objemu, tak akorát pro laboratorní účely a o směšovači plynů typu GB 100 PLUS, který si pořídili do výzkumné laboratoře Masarykovy univerzity v Brně jsme se bavili s RNDr. Martinem Toulem z Loschmidtových laboratoří PřF MU, RECETOX a členem týmu Proteinového inženýrství Mezinárodního centra klinického výzkumu Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně.  K čemu jej využívají a jakou pro ně tento přístroj představuje pomoc? Nejen o tom je rozsáhlý rozhovor.

„Ve výzkumu a výrobních provozech často potřebujeme přesně řídit složení atmosféry, ve které naše procesy probíhají. Velké směšovače plynů do průmyslových provozů však příliš nevyhovují svými rozměry a rozsahem průtoků laboratornímu a poloprovoznímu měřítku, případně nám neposkytují dostatečnou přesnost v malých průtocích,“ komentuje volbu zařízení do laboratoře RNDr. Martin Toul.

Můžete, prosím, představit Váš tým a co zkoumáte?

Naše výzkumná skupina se věnuje obecně proteinovému inženýrství. To znamená, že se vybrané proteiny snažíme zdokonalit pro jejich efektivnější využití. Upravujeme jejich sekvenci aminokyselin, a tím i strukturu, například aby fungovaly lépe s vyšší aktivitou nebo byly stabilnější. Projektů, kterým se věnujeme, je celá řada. Jedním z nich jsou bioluminiscenční enzymy luciferázy, které produkují viditelné světlo.

Proč právě využití směšovače plynů v kombinaci s proteinovým inženýrstvím a luciferázami?

Potřebovali jsme v rámci luciferázového projektu provádět měření při různých koncentracích výchozích látek (tzv. substrátů) i produktů. A protože právě zmíněný kyslík a oxid uhličitý, tedy kosubstrát a vedlejší produkt reakce, jsou plynné molekuly, směšovač plynů nám umožnil upravit jejich obsah na požadované množství.

‍

Směšovač plynů GB 100 PLUS v rámci tohoto výzkumu využíváte už rok. Můžete nám prosím přiblížit, k čemu přesně

Tento směšovač plynů je pro nás vhodný pro studium libovolných proteinů závislých na plynných látkách, protože si můžeme do požadované aplikace generovat jejich různé množství. V praxi směšovač aktuálně využíváme téměř výhradně pro projekt zaměřený na diskutované luciferázy, pro který si produkujeme směsi o různém zastoupení kyslíku a oxidu uhličitého. Vygenerovanou směsí potom „probubláváme“ roztoky, v nichž probíhají zkoumané enzymatické reakce. Tím pádem jsme schopni měřit rychlosti enzymatických reakcí při různých koncentracích plynů, a tuto reakci studovat kineticky. Díky tomu můžeme lépe pochopit mechanismus samotných luciferáz a cíleně zdokonalovat jejich největší slabiny.

A jak jste měření prováděli předtím, než jste došli na směšovač plynů?

Úplně zpočátku projektu jsme koncentraci kyslíku neřešili a brali jsme to tak, že jeho hodnota a množství ve vzduchu je konstantní. Sledovali jsme mezitím jiné koncentrační gradienty. S postupem projektu jsme však navázali spolupráci se zahraniční vědeckou skupinou, díky níž jsem měl možnost strávit 3 měsíce ve výzkumném ústavu v Thajsku. Zde měřili reakce i za anaerobních podmínek a při různých koncentracích kyslíku. Vyzkoušel jsem si to a tyto postupy se naučil.

Bylo Thajsko nějak specifické v práci s plyny a jejich koncentrací? Nebo používali také směšovače plynů?

Popravdě to bylo dost specifické a poněkud odlišné. V Thajsku využívali několik tlakových láhví pro různé, již předmíchané poměry plynů. V laboratoři tak bylo třeba 5 různých lahví se směsí kyslíku a dusíku, přičemž první obsahovala 100 % kyslíku, další 50 % kyslíku a 50 % dusíku a tak dále až po nejnižší obsah kyslíku. Během měření pak bylo nutné manuálně přehazovat vstupy z jednotlivých lahví dle požadovaného poměru. Člověk byl navíc závislý jen na těchto pěti fixně daných poměrech, takže volnost v rozsahu koncentrací byla značně omezená.

Viděl jste možnost vyzkoušet si aplikaci těchto postupů na Masarykově univerzitě?

Ano, poznatky z Thajska jsem chtěl vyzkoušet i u nás. Říkali jsme si s kolegy ve skupině, že takové řešení s mnoha lahvemi je poměrně krkolomné. Zvlášť, když v laboratoři nemáme místa nazbyt. Navíc jsme chtěli mít možnost postupně měnit obsah plynů v enzymatických reakcích po mnoha malých krocích v jednotkách procent. Prostě jsme chtěli vymyslet něco elegantnějšího a praktičtějšího. Zkoumali jsme a hledali možnosti, které jsou k dispozici, a dostali se až ke směšovači plynů GB 100 PLUS.

A proč při výběru padla volba zrovna na směšovač GB 100 PLUS od MCQ Instruments?

Hlavně kvůli jeho kompaktním rozměrům. Tím, že v laboratoři bojujeme s nedostatkem prostoru, hledali jsme malý přístroj. Na trhu jsou bohužel z velké části jen velkoobjemové směšovače pro využití v průmyslových provozech, což nebylo nic pro nás. Nakonec se nám přece podařilo nalézt směšovač, který splňuje všechny naše požadavky.

Jde o to, aby takový přístroj dokázal nastavit přesné průtoky, tlaky a měl dostatečné rozmezí hodnot obojího. Například některé směšovače dokážou míchat plyny jen po 5 % nebo 10 %. My potřebujeme ještě nižší hodnoty kroků. Kromě toho jsme měli ještě další škálu nároků, ale ty nejsou až tak specifické, že by to nezvládly jiné přístroje. Pro nás byly velmi důležité jeho malé rozměry, a aby přístroj dokázal míchat alespoň 3 vstupy: dusík, kyslík, oxid uhličitý. Výhodou GB 100 PLUS oproti konkurenci byla i nižší pořizovací cena, takže volba byla jasná.

Co pro Vás bylo nejdůležitější při specifikaci pořizovaného přístroje?

Hlavním parametrem byl počet vstupů.. Směšovač, který používáme my, má 3 vstupy, což my přesně potřebujeme. Firma však nabízí i modely s až šesti kalibrovanými vstupy, kupříkladu také na metan, vodík, helium a další. Proto má také přístroj mnoho dalších využití.

Je možné, aby směšovač plynů vedle Vás v rámci laboratoří využíval ještě někdo jiný, nebo jste si jej zatím nechali pro sebe?

Zatím nás nikdo z kolegů nekontaktoval, ale jsme tomu samozřejmě otevření. Dá se využít i jinak, třeba na kultivaci bakterií. Zejména, když někdo potřebuje kultivovat bakterie za specifických anaerobních podmínek nebo pomocí kontrolovaného množství kyslíku. Mohl by sledovat, jak se mění růst bakterií za různých množství kyslíku, nebo jak se vypínají a zapínají nějaké metabolické dráhy, takže určitě má další využití.

A kdyby si chtěl přijet na MU kdokoli z laboratoře přístroj vyzkoušet a vidět v akci, pan RNDr. Toul ho rád provede po laboratoři a přístroj předvede.

‍

Vojtěch Pres

P-LAB