Біолюмінесценція: чи можна використовувати рослини, які світяться

До рослинних настільним ламп, до дерев-ліхтарів і лісів, повних живої біолюмінесценції, веде кілька шляхів. І ми вже почали рух по них: світло видно не так далеко за горизонтом.


Акції та знижки відомих брендів
 

Акції та знижки відомих брендів! Детальніше...



Біолюмінесценція

 

Перш за все це красиво. Є тут щось таке, яке зачіпає найглибші струни душі – недарма дерева, які світяться із фільму «Аватар» залишають таке сильне і довге враження. Нарешті, це зручно: рослини самостійно виробляють енергію, прекрасно адаптовані до вуличних умов і самі відновлюються при пошкодженнях. Недарма стартап Glowing Plant, який кілька років тому шукав 65 тис. доларів на створення біолюмінесцентних рослин, стрімко набрав майже півмільйона. «Таке поєднання простоти, фантастичності і можливості бути реалізованим зустрічається рідко, – пояснив успіх засновник Glowing Plant Ентоні Еванс. – 99% людей вважають, що такого не буває. Насправді це вже певною мірою факт».

Дійсно, в природі існує безліч різних біолюмінесцентних систем, які незалежно розвинулися у бактерій і грибів, кишковопорожнинних і членистоногих. Потрібно змусити працювати таку систему (зазвичай вона включає фермент люциферазу і необхідні для його роботи молекули люциферину) в рослині і при цьому не шкодити їй. Завдання поступово вирішується: ген люциферази світлячків був внесений в рослини тютюну ще в 1980-х. А в 2010 році біологам з Кембриджа вдалося використати весь «світлоносний комплекс» світлячка, отримавши ГМ-бактерії, які стабільно світяться. Повторити роботу для рослини – для непоказної на вигляд, але прекрасно вивченої генетиками резушки Таля (вид рослини) – і збирався Ентоні Еванс.

Біолюмінесценція

Шлях генів

Упевненості стартапу надавала і інша робота 2010 року. У ній Олександр Кричевський описав отримання ГМ-рослин тютюну, хлоропласти яких містять шість генів «світящого» lux-оперона фотобактерій. Кричевський заснував власну компанію, яка торгує пагонами біолюмінесцентної лінії з назвою, що відсилає до дерев з того ж «Аватару» – Starlight Avatar Celestine. Це єдина рослина, що світиться, яку можна купити сьогодні, хоча вона не відрізняється ні яскравістю, ні навіть життєстійкістю. Обіцяється, що рослини проживуть 2-3 місяці і «будуть помітно світитися в темряві протягом усього цього терміну». Ентоні Еванс вирішив, що у нього вийде вирішити ці проблеми.

Фахівцям його обіцянки здалися надто самовпевненими, однак публіці ідея сподобалася. Почавши кампанію зі збору коштів на платформі Kickstarter, Еванс пообіцяв усім, хто давав кошти насіння резушки, яка світиться, як тільки ті будуть отримані. Вдалий хід дозволив залучити більше 480 тис. доларів: грошей виявилося досить, і стартап пропрацював кілька років, перш ніж Еванс визнав, що технічні проблеми його команда вирішити не в змозі. Перенесення цілої групи генів в потрібні ділянки хромосом в ядрі такого складного організму залишається поки нездійсненним завданням.

Шлях наночастинок

Інший підхід вдалося знайти в тому ж 2010 році – коли-небудь ця дата буде особливо відзначена в історії створення рослин, що світяться. Тоді Су Яньсюнь і його колеги з дослідницького центру RCAS на Тайвані шукали підходи до вдосконалення світлодіодів і вивчали поведінку золотих наночастинок у формі сфер з довгими голками – щось на зразок морських їжаків діаметром від 11 до 80 нм. Виникаючий на їх складній поверхні плазмонний резонанс дозволяє на порядки посилити флуоресцентний сигнал, в тому числі і слабке природне світіння хлорофілу, викликане взаємодією з фотонами певної довжини хвилі.

 

Доставити наночастинки в рослину простіше, ніж гени: тайванські фізики просто помістили водорість в розчин на кілька днів. Опинившись в клітці, золоті «їжаки» вловлювали ультрафіолетові фотони і перевипромінювали їх, змушуючи хлорофіл випускати слабке червоне свічення. Ідею підхопили по інший бік океану, в лабораторії Майкла Страно, знайшовши новий і, можливо, самий багатообіцяючий шлях до отримання біолюмінесцентних рослин.

Біолюмінесценція

Шлях синтезу

Професор Массачусетського технологічного інституту Майкл Страно впевнений в успіху не менше попередників. «Наша мета – разова обробка саджанця або дорослої рослини, яка буде мати ефект протягом всього життя», – сказав він, коментуючи знімки листя жерухи, які світяться, що розійшлися по інтернету. Адже якщо шлях генів вимагає нових ГМ-рослин, то наночастинки здатні проникнути в уже ростучі по бульварах дерева. І якщо у нас не виходить перенести самі гени, то можна озброїтися вже готовим біолюмінесцентним комплексом молекул.

Захисти свій комп’ютер та смартфон

ESET NOD32

Демонструючи новий підхід, Страно і його колеги вимочували рослини в розчині наночастинок, що містять люциферазу і необхідні їй речовини – люциферин і кофермент А. У міру вивільнення реагентів в листі йшло окислення: варіюючи структуру наночастинок, вчені контролювали темп цього процесу і добилися чотирьох години безперервного випромінювання. Звичайно, про дерева-ліхтарі мови поки не йде: 10-сантиметрова рослина виробляє менше 0,5 мкВт – на порядки менше, ніж потрібно для читання. Однак вчені сповнені впевненості, що новий шлях приведе їх до рослин, які яскраво світяться всіма барвами.

Справді, в природі існує багато біолюмінесцентних систем, а не так давно біохіміки ІБХ РАН синтезували і пару штучних аналогів, реакції яких супроводжуються випусканням випромінювання різних кольорів. І якщо завдання перенесення біолюмінесцентного комплексу буде вирішене, то ми зможемо отримувати живі світильники практично будь-якого потрібного відтінку. Сяючий вогнями нічний ліс затьмарить картини «Аватара», хоча і настільна лампа з листям, яке світиться, обов’язково зачепить найглибші струни душі.

«Створення автономно біолюмінесцентної рослини або тварини – завдання набагато складніше, ніж розробка ГМ-організмів, з приводу яких зараз йде захоплена дискусія. В нашій команді під керівництвом Іллі Ямпільського ця тема була повернута кілька років тому практично із забуття. Зате тепер у нас майже готові нові яскраві результати, про які не варто говорити докладніше до виходу наукових публікацій. Можу сказати тільки одне: вони вже світяться ».

Максим Дубинний, науковий співробітник лабораторії біомолекулярної ЯМР-спектроскопії ІБХ РАН.

Джерело: https://www.popmech.ru





Залишити відповідь