Светящиеся растения смогут заменить лампы в экологичных домах

Светящиеся растения смогут заменить лампы в экологичных домах

Природа одарила многие организмы способностью светиться, но биолюминесцентные растения пока встречаются только в фантастическом фильме «Аватар». Учёные пытаются исправить ситуацию, задействовав генную инженерию.

Зеленое свечение исходит от листьев, стеблей, корней и цветков, его видно невооруженным глазом, и можно заснять на обычные фотоаппараты и даже смартфоны. Ведь у полученных экземпляров интенсивность свечения напрямую зависит от «самочувствия» растения. Таким образом, специалисты смогут использовать их в качестве биоиндикаторов.

Ученые считают, что благодаря этой живой ауре из света мы можем достичь новых отношений с нашими комнатными растениями, которые бы понравились создателям фильма «Аватар». Ранее ученые выяснили, что грибы для свечения используют вещество фенольной природы — кофейную кислоту, которая также присутствует в растениях. Два фермента превращают кофейную кислоту в более сложную молекулу, которая затем окисляется третьим ферментом с испусканием фотона — возникает свечение. Таким образом, для получения светящихся растений, исследователям было достаточно перенести всего четыре гена из грибов в растения.

Для этих целей они использовали уже существующие в природе биолюминесцентные системы животных или бактерий и пытались «привить» люминесцентные свойства представителям растительного мира. Некоторые попытки, такие как использование генов бактерии Agrobacterium tumefaciens, были относительно успешными. Однако создать растения, которые могли бы ярко излучать свет на протяжении всей своей жизни, до сих пор не удавалось — гены бактерий оказалось сложно совместить с генами растений.

По рассказам руководителя проекта по гранту РНФ, доктора химических наук, руководителя Отдела биомолекулярной химии в Институте биоорганической химии им. Овчинникова РАН Ильи Ямпольской, ученые обратили внимание на то, что метаболизм биолюминесцентных грибов и обычных растений имеет много общего. И вот благодаря этому, им удалось успешно перенести необходимую для свечения ДНК из грибов в растения, создав растения с устойчивым свечением, превосходящим по яркости все предыдущие подходы. В течение последних 30 лет учёные пытались создать светящиеся растения.

На их основе зарубежные ученые пытались создать светящиеся растения, но эффект оказался очень слабым, – свет от них не был виден невооруженным глазом игровые автоматы вулкан. До этого специалисты уже пытались создать светящихся представителей флоры, используя ген светлячков. Но такого яркого и продолжительного свечения они получить не могли. Кроме того, используя свечение насекомых, исследователи не затрагивали геном растения, а вводили в ткани растения вещество, которое в течение определенного времени вызывало появление световых эффектов.

Основная идея исследования — перенести в растения компоненты недавно изученной системы биолюминесценции грибов. Оказалось, что для свечения грибов необходима кофейная кислота (вещество фенольной природы), которая в норме присутствует в растительном организме. Таким образом, для получения светящихся растений достаточно «перенести» только 4 гена из грибов в растения.

Ранее они уже внедряли гены люминесцентных бактерий и светлячков в растения, например, в табак. Однако было трудно заставить нужные гены работать в нужных органах растений. Чтобы сделать свечение растений контролируемым, сотрудники Массачусетского технологического института отказались от генной инженерии в пользу нанотехнологий, сообщает Science Daily. Специалистам удалось успешно перенести необходимые для свечения компоненты биолюминесцентных грибов в растения. Это позволило создать растения, которые светятся как минимум в десять раз ярче по сравнению с предыдущими работами.

Описанная в научной статье работа велась на двух видах табака – удобных экспериментальных объектах из-за особенности их генетики и быстрого роста. Однако система биолюминесценции грибов может быть перенесена и в другие растения. Как исследователями Планты, так и в параллельном исследовании, проведенном в Университете Миннесоты, продемонстрирована применимость нового подхода для создания светящихся растений других видов, включая барвинок, петунию и розу. В будущем можно ожидать создание еще более ярких растений, в том числе растений с новыми свойствами, такими как изменение яркости или цвета свечения в ответ на людей и окружение.

Полученные же в ИБХ РАН экземпляры табака содержат необходимые для свечения гены в своих ДНК и не нуждаются в постоянном добавлении каких-либо реагентов. Они светятся непрерывно сами по себе с момента прорастания до цветения.

Хотя ученые не исключают возможности использования своего открытия в эстетических целях. Так что сад со светящимися растениями вполне может стать современной реальностью. Также было продемонстрировано, что светящееся растение можно «выключить», добавив в воду, в которой стоит росток, ингибитор люциферазы.