Bioluminescens: kan der bruges lysende planter

Først og fremmest er det smukt. Der er noget der berører sjælens dybeste strenge - det er ikke for ingenting, at Avatarens lysende træer efterlader et så stærkt og varigt indtryk. Endelig er det praktisk: planter producerer uafhængigt af energi, er perfekt tilpasset gadeforholdene og er selv opsvinget efter skader. Ikke underligt, at opstart Glødende Anlæg, som for et par år siden ledte efter 65 tusind dollars til oprettelse af bioluminescerende planter, fik hurtigt næsten en halv million. "Denne kombination af enkelhed, fantasi og gennemførlighed er sjælden, " forklarede succesen fra Glowing Plant-grundlægger Anthony Evans. - 99% af mennesker tror, ​​at dette ikke sker. Faktisk er dette allerede i en vis grad et faktum. ”

Faktisk er der i naturen mange forskellige bioluminescerende systemer, der uafhængigt udvikles i bakterier og svampe, i tarme og leddyr. Det er nødvendigt at få et sådant system til at fungere (normalt inkluderer det enzymet luciferase og de luciferinmolekyler, der er nødvendige for dets arbejde) i planten og ikke skade det. Problemet løses lidt efter lidt: ildfluciferasegenet blev introduceret i tobaksplanter i 1980'erne. Og i 2010 lykkedes det Cambridge-biologer at bruge hele "selvlysende kompleks" af ildfluen og modtog stabilt lysende GM-bakterier. For at gentage arbejdet for planterne - for det upåbedt at se ud, men godt studeret af genetikerne fra Tal rezhovidki - og Anthony Evans skulle til.

Genvej

Tillidsopstart gav og andet arbejde i 2010. I den beskrev Alexander Krichevsky produktionen af ​​GM-tobaksplanter, hvis chloroplaster indeholder seks gener fra den "lysende" lux-operon af fotobakterier. Krichevsky grundlagde sit eget firma, der sælger skud af en bioluminescerende linje med et navn, der henviser til træerne fra den samme "Avatar" - Starlight Avatar Celestine. Dette er den eneste lysende plante, som du kan købe i dag, selvom den ikke afviger i lysstyrke eller endda levedygtighed. Det loves, at planterne lever 2-3 måneder og "vil være synlige i mørke i hele denne periode." Anthony Evans besluttede, at han kunne løse disse problemer.

For eksperterne virket hans løfter for formodende, men offentligheden kunne lide ideen. Efter at have startet en pengeindsamlingskampagne på Kickstarter-platformen, lovede Evans alle, der investerede frøene til et lysende tæpper, så snart de blev modtaget. Det vellykkede træk tillod at tiltrække mere end 480 tusind dollars: der var nok penge, og opstarten fungerede i flere år, før Evans indrømmede, at hans team ikke var i stand til at løse tekniske problemer. Overførsel af en hel gruppe gener til de ønskede kromosomregioner i kernen i en sådan kompleks organisme forbliver en umulig opgave.

Nanopartikelsti

Det lykkedes os at finde en anden tilgang i samme 2010 - en dag vil denne dato blive særligt markeret i historien om oprettelse af lysende planter. På det tidspunkt søgte Su Yansun og hans kolleger fra RCAS Research Center i Taiwan efter tilgange til forbedring af lysdioder og studerede opførsel af guld nanopartikler i form af kugler med lange nåle - noget som søpindsvin med en diameter på 11 til 80 nm. Plasmonresonansen, der opstår på deres komplekse overflade, gør det muligt at forstærke det fluorescerende signal ved hjælp af størrelsesordener, inklusive den svage naturlige luminescens af klorofyl forårsaget af interaktionen med fotoner med en bestemt bølgelængde.

Det er lettere at generere nanopartikler i en plante end gener: taiwanesiske fysikere sætter simpelthen alger i opløsning i flere dage. Når de var inde i buret, fangede de gyldne pindsvin ultraviolette fotoner og udsendte dem igen, hvilket fik klorofyll til at udsende en svag rød glød. Ideen blev hentet på den anden side af havet, i laboratoriet hos Michael Strano, for at finde en ny og måske den mest lovende måde at få bioluminescerende planter på.

Syntesevej

Michael Strano, professor ved Massachusetts Institute of Technology, er ikke mindre sikker på hans succes end sine forgængere. ”Vores mål er en engangsbehandling af en frøplante eller en voksen plante, som vil have en virkning gennem hele dens levetid, ” sagde han og kommenterede billederne af de lysende blade af en hindbær, en pårørende til brøndejern, distribueret på Internettet. Når alt kommer til alt, hvis genstien kræver nye GM-planter, kan nanopartikler trænge ind i træer, der allerede vokser langs boulevarder. Og hvis vi ikke kan overføre generne selv, så kan vi bevæbne os med et færdiglavet bioluminescerende kompleks af molekyler.

Ved at demonstrere en ny tilgang, Strano og hans kolleger gennemvædet planter i en opløsning af nanopartikler indeholdende luciferase og de stoffer, der er nødvendige for det - luciferin og coenzym A. Oxidering skred frem, efterhånden som reagenserne blev frigivet i bladene: ved at variere strukturen af ​​nanopartiklerne kontrollerede forskere hastigheden af ​​denne proces og opnåede fire timers kontinuerlig stråling . Der er selvfølgelig ikke tale om træ-lanterner endnu: en 10-centimeter plante producerer mindre end 0, 5 μW - størrelsesordrer mindre end hvad der er nødvendigt til læsning. Forskere er dog fulde af tillid til, at den nye sti vil føre dem til planter, der skinner lyst i alle farver.

Der er faktisk mange bioluminescerende systemer i naturen, og for ikke så længe siden syntetiserede biokemikere fra IBCh RAS et par kunstige analoger, hvis reaktioner ledsages af udsendelse af stråling i forskellige farver. Og hvis opgaven med at overføre det bioluminescerende kompleks er løst, vil vi være i stand til at modtage levende lamper i næsten enhver ønsket skygge. Nattskoven, der skinner med lys, vil formørre Avatar-malerierne, selvom en bordlampe med lysende blade nødvendigvis vil berøre sjælens dybeste strenge.


Maxim Dubinny, forsker, laboratorium for biomolekylær NMR-spektroskopi, IBCh RAS

”Oprettelsen af ​​en autonomt bioluminescerende plante eller et dyr er en meget mere kompliceret opgave end udviklingen af ​​GM-organismer, som der er en dybtgående diskussion for. I vores team, under ledelse af Ilya Yampolsky, blev dette emne bragt tilbage flere år siden næsten fra glemselen. Men nu er vi næsten klar til nye lyse resultater, som ikke bør diskuteres mere detaljeret før udgivelsen af ​​videnskabelige publikationer. Jeg kan kun sige en ting: de glødes allerede. ”

Artiklen "Living Lights" blev offentliggjort i tidsskriftet "Popular Mechanics" (nr. 3, marts 2018).

Anbefalet

Den nye jagerfly får en "halv motor"
2019
Hvorfor koalas spiser giftige blade og ikke lider af klamydia
2019
Introduceret nye processorer til smartphones
2019