ЕКОСОФИЈА

ПОТЕРА ЗА АЛЕРГЕНИМА

Илустрација (Јаков Јаковљевић)

Илустрација (Јаков Јаковљевић)

Највећи изазов за научнике јесте да идентификују и класификују честице које се налазе у ваздуху. Група истраживача из Института Биосенс у Новом Саду и Института за интердисциплинарна истраживања у Београду увелико ради на томе.

Досадашња мерења концентрације алергена у ваздуху обавештавала су нас о томе чему смо били изложени у датом моменту. Ако нам је позната количина полена којој смо били изложени, то нам може помоћи да увидимо да ли је терапија коју нам је лекар прописао ефикасна. Међутим, виши научни сарадник Института Биосенс у Новом Саду, др Бранко Шикопарија, истиче: „Кад већ знате да сте алергични, то што сте били изложени може само да потврди разлог ваших алергијских симптома. Он сматра да би било идеално уколико би свако имао свој дозиметар да тачно утврди количину полена која изазива симптом и наглашава да је то свакако нешто чему се тежи. Ипак, имајући у виду доминантан и једини нормом прихваћен поступак мерења концентрације алергена у ваздуху, Хирстов метод, ова солуција није реална – барем за сада.

Људи су почели да траже нове начине како би у реалном времену идентификовали полен. Испоставило се да узорковање честица не представља тако велики проблем. Највећи изазов за научнике јесте да идентификују и класификују честице које се налазе у ваздуху. Група истраживача из Института Биосенс у Новом Саду и Института за интердисциплинарна истраживања у Београду увелико ради на решавању овог проблема, а др Шикопарија објашњава шта је до сада учињено на овом пољу и на какве препреке истраживачи наилазе током својих комплексних истраживања.

Изазивачи алергије

Алергијска реакција је имунски одговор организма, а како ће имунски систем реаговати, зависи од бројних фактора, пре свега оних унутрашњих. Већ дуго се трага за одговором на питање зашто је све више оних који испољавају алергијске реакције, како у свету тако и у Србији. „Једна од хипотеза јесте да урбанизација и све већа дистанца од природе збуњују имунски систем, истиче др Шикопарија. У прилог овој тези иду и резултати испитивања вршеног у једној заједници Амиша, који су у сталном контакту с природом, животињама, а и паразитима – нпр. цревним. Показало се да они имају мањи проценат алергичних особа у односу на остатак становништва.

„Поједностављено, алергијска реакција је грешка имунског система која има задатак да нас заштити. Неке супстанце које нас не угрожавају, изазову реакцију имунског система која направи проблем. Е сад, неко јесте склонији да добије алергијску реакцију. То је, такозвана, атопична популација. Ако је од два родитеља један атопичан, постоји значајна шанса да дете буде атопично.

Занимљиво је да алергијским реакцијама не подлежу само људи. Пси, мачке, па и коњи су, такође, алергични на полен. Чак и код животиња се види тенденција утицаја урбанизације, па су кућни љубимци склонији алергији од дивљих животиња. Ми долазимо у контакт са алергенима на различите начине: када нешто поједемо, ако нешто удахнемо, уколико нешто додирнемо. Ово покреће сложен имунски одговор, а ћелије имунског система отпуштају супстанце које доводе до инфламације, тачније до запаљења одређене области. Након што лекару саопштимо који су то симптоми који нам задају муке, он ће нас најпре подвргнути тестирању. Тако ће увидети како наш организам реагује на различите алергене.

„Доминантан инхалаторни алерген јесу гриње зато што их има у затвореном простору и једноставно их има свуда, нарочито тамо где је влажност већа. Кућна прашина није сама по себи проблем, проблем су неке супстанце у прашини. У кућној прашини најдоминантнији алерген јесу баш екскременти гриња. Неко је, са друге стране, алергичан на пчелињи отров, а неко на мачке. Заправо, алергичан је на протеине урина мачке или протеине пљувачке.

„Ако кажете лекару ,Ја имам проблем током целе године и целе године слиним, кашљем и имам тегобе’, онда лекар посумња да сте изложени неком алергену током читаве године. У том случају, најчешће сте изложени нечему у вашој кући. И онда лекар закључи да се највероватније ради о алергену унутрашње средине.


Разноврсност биоаеросола: лисне длаке, полен траве, споре
буђи, полен ораха, честице чађи, љуспице са крила лептира

Међутим, уколико имате проблем само у одређеном делу године, рецимо у периоду када се коси трава, највероватније је у питању алерген из спољашње средине. Први корак који лекар предузима јесте да сазна да ли сте алергични на дрвеће, на траве или на корове. Основна разлика између ових алергена јесте период у ком се јављају. Алергени дрвећа су код нас доминантни у пролеће, али и унутар ове групе има значајних разлика.

„Ту сад постоји мноштво дрвећа које емитује полен у ваздух и највероватније сте на неко од тог дрвећа алергични. Лекари вам онда кажу, када се то нешто што вама изазива алергију налази у ваздуху, треба да избегавате контакт са алергенима. То је прва премиса решавања проблема алергије. Нормално, ако вам нешто прави проблем, избегните контакт. Међутим, када је у питању полен, то је готово немогуће. Не можете баш да избегнете полен, осим ако немате само једно дрво негде на крају града које вам прави проблем, па кад идете на посао, избегнете тај пут.

Полен у ваздуху резултат је цветања биљака које су присутне у неком региону и оне емитују полен зато што је то њихов природни процес размножавања – то је процес укрштања мушког и женског генетичког материјала. Сваки полен може да направи проблем, па чак и полен камилице или полен руже када би у великој количини дошао у контакт са осетљивом особом.

„Да бих ја стварно знао чему сам изложен, било би веома добро да је неко то измерио и рекао ми – у овој сезони био си изложен брези већ од тринаестог марта или си у некој наредној сезони био изложен од првог априла. Некад се пратила фенологија. Кад видим да цвета бреза, ја знам да је почела сезона цветања брезе и то је апсолутно тачно. Међутим, кад пратите фенологију, ви најчешће пратите једно, два или пет дрвета брезе која су репрезентативна за дати регион, наводи др Шикопарија и указује на проблем који се јавља при оваквом поступку: „Регион са којег полен доспева у ваздух и са којег човек може да буде изложен полену у неком граду прилично је велики. Тај полен који ми детектујемо, рецимо изнад Новог Сада, стиже из различитих делова Европе. Некада стигне чак и из Шведске. Због тога, дешава се да је у ваздуху понекад присутан и полен чији извори локално не цветају.

Ипак, поставља се питање колико је релевантно мерење које се стандардно спроводи на крову. Такво мерење, као и мерење загађености које постоји на појединим саобраћајницама, не значи да су сви људи у том граду изложени истој количини загађујућих материја. Са тог аспекта, мерења у просеку дају информацију о количини полена којој су људи изложени и, што је још важније, унапређују моделе који ће прогнозирати концентрације полена и дати нам информацију шта ће се десити у будућности. Али и просторно. Јер модел омогућава да се израчуна транспорт, па самим тим и концентрације у различитим тачкама једног региона. Са аспекта корисника, мерења у једној тачки јесу корисна, али су далеко од онога што је идеално за неког ко жели да разуме чему је тачно био изложен.

Принципи мерења

„Шта мене брига да л’ је киша пала јуче, покисао сам. Мене занима шта ће бити, мене занима прогноза, сликовито приказује др Бранко Шикопарија један од највећих проблема са којим се суочавају сви они који су алергични на полен. Да бисмо добили тачну прогнозу, потребно је најпре развити квалитетне системе за мерење. Прогностички модели су чисто математички модели, који узимају у обзир физичке законе. Мерења помажу да се разумеју закони, али и да се модели усмере тако да боље опишу реалност. Тако и у метеорологији, асимилација прогностичког модела са тренутно доступним мерењима температуре омогућавају да прогноза температурe за нередни период не одступа значајно од стварности. Дакле, као и у метеорологији, за прогнозу концентрације полена неопходна су мерења која се углавном изводе у складу са стандардом ЕН16868 класичном Хирстовом методом:

„Хирстов метод је волуметријски метод. Он подразумева да уређај усиса 10 литара ваздуха у минуту. Из тих 10 литара, метод омогућава задржавање свих честица у ваздуху на неком медијуму, који се затим анализира да би се утврдило које су честице присутне и колико их има. Људи су од давнина узимали узорке земљишта и утврђивали које врсте полена су ту присутне. Касније се полен идентификовао за потребе нафтне индустрије или археологије и то морфолошки – на основу неких одлика изгледа. Да би уочили карактеристичне иглице или рупе, научници су морали да узорак посматрају кроз микроскоп. Исти принцип се примењује и у идентификацији полена који је издвојен из узорка ваздуха.

„Ако мало размислимо о овом методу – треба ми време да узмем узорак, треба ми време да узорак припремим за микроскопску анализу, треба ми време да изанализирам узорак и тек онда добијем резултат. Значи, у старту касним. Ако имам дневни узорак, касним минимум један дан, наводи др Шикопарија и закључује: „Хирстова метода онемогућава брзу информацију о концентрацијама полена у претходном сату или у претходном дану. Сада су у игри нови методи. Један од метода је сликање узорка у реалном времену, који затим анализира неурална мрежа. Ако је слика довољно добра и ако је референтни материјал којим је компјутерски модел за класификацију трениран адекватан, онда је помоћу вештачке интелигенције могуће доста добро препознати честице које су присутне у узорку. Код нас још нису у употреби ови механизми, али је заступљен други принцип који се првенствено ослања на снимање флуоресценце.

 


Rapid-E уређај који се налази на крову Природно
математичког факултета у Новом Саду

Кроз међународни пројекат прекограничне сарадње RealForAll купљен је модеран Rapid-E уређај који се налази на крову Природно-математичког факултета у Новом Саду. Овај уређај снима флуоресценцу честица у одређеном распону таласних дужина. „Очекује се да, на основу расипања ласерског зрака, могу да се разликују честице које су по морфологији различите величине, различитог облика и различитог хемијског састава, напомиње др Шикопарија.

Ипак, свако мерење има проблеме, па тако ни Хирстов метод није у потпуности тачан – било на нивоу узорковања, било на нивоу анализе. Разлог за то је чињеница да два научника која анализирају нешто могу другачије да идентификују честице. Тако и у случају модерних уређаја увек може постојати варијабилност у спектру честица које детектујемо, али и варијабилност између два уређаја. Ако је један уређај мало другачије поравнат у односу на други, флуоресценца може мало да се разликује, па је и то нешто што може да направи проблем приликом класификације.

Регионални пројекти

Спектар полена који се потенцијално може детектовати на Балканском полуострву, од половине марта до половине маја, огроман је. Самим тим, уређај Rapid-E има озбиљне потешкоће да направи разлику између свeг полена присутног у ваздуху, а да и не помињемо да је атмосфера пуна и других биолошких честица. Биосенс институт, Природно-математички факултет Нови Сад, град Осијек и Математички факултет Универзитета у Осијеку одлучили су да удруже своје ресурсе и знања из области аеробиологије, анализе података и класификације честица. Они су кроз пројекат RealForAll развили систем који ће грађанима понудити информацију о концентрацијама полена у ваздуху у реалном времену, а потом и ваљану прогнозу.

„Из тог пројекта ми смо купили два уређаја, обезбедили инфраструктуру да се уређаји поставе, да се инсталирају, да почну да раде, развили моделе за класификацију и то је кренуло да функционише, рекао је др Шикопарија. Како је време протицало, мењао се интензитет ласера, а самим тим и сигнал који је уређај снимио 2020. године разликовао се од оног сигнала који је забележен годину дана раније. Такође, испоставило се да класификација полена није једнако успешна на оба доступна уређаја. „Покушавамо да у овој години разрешимо тај проблем како би мерења дугорочно била апсолутно упоредива, осврнуо се наш саговорник још једном на пројекат RealForAll и увео нас у причу о BREATHE пројекту, који финансира Фонд за науку, а којим он руководи.


Тим истраживача ангажованих на пројекту BREATHE

Основна идеја пројекта награђеног у оквиру ПРОМИС програма јесте да се побољша класификација, тачније да се унапреди квалитет неуралних мрежа које из сигнала које снима Rapid-E уређај идентификују полен. Важан аспект пројекта је и концепт који се зове transfer learning, где млади истраживачи из Института Биосенс у Новом Саду и Института за интердисциплинарна истраживања у Београду покушавају да науче понашање уређаја, да би јединствен модел могао да се примени на свим уређајима тог типа у Европи. Руководилац BREATHE пројекта наглашава да су они ПРОМИС програм Фонда за науку, пре свега, схватили као програм који омогућава формирање нових тимова:

Ми из Биосенса се бавимо аеробиологијом, машинским учењем, методима вештачке интелигенције, а екипа из Института за интердисциплинарна истраживања тестира карактеристике полена у лабораторији. Дакле, ми им дајемо узорке полена, а они покушавају да под различитим условима изложе полен спектрофлориметру, лабораторијском уређају који такође мери флуоресценцу као и наш Rapid-E уређај, али је мери много детаљније. На овај начин очекујемо да откријемо који део сигнала флуоресценце је најзначајнији за идентификацију различитог полена. Правећи синергију, ми очекујемо да стекнемо знање које ће нам омогућити даљу примену информационих технологија у аеробиологији.

Др Шикопарија истиче да он и колеге из Института планирају да све ове технологије примене и у заштити биља, тј. да покушају да смање неконтролисане превентивне третмане пестицидима, који су нажалост уобичајени: „Како полен изазива алергију тако и споре из ваздуха изазивају поједине биљне болести. Ако се зна када су споре присутне, може се планирати најефикаснији третман фунгицидима.

За сада је најреалније сазнања из ове области употребити у затвореном простору, унутар стакленика и пластеника, где је могуће контролисати стварно присуство одређених спора. Поред тога што би напредак на пољу аеробиологије био од непроцењивог значаја за пољопривреднике, исто тако нова открића би могла да се искористе и у заштити здравља радника. Постоје специфичне болести којима су подложни поједини радници, као што је, рецимо, астма пекара, који су стално изложени скробу. Читав спектар дисциплина данас је у директној вези са детекцијом биоаеросола, аеросола који имају биолошко порекло и имају одређене ефекте на организам, па би зато било добро да знамо шта удишемо и у којим количинама.

(Извор ЦПН)

О аутору

Stanko

Оставите коментар