Идеята на учените от Масачузетския инженерен институт се оказа успешна и вече има растения, които светят. С тяхна помощ улиците ще бъдат осветени.
Американски генни инженери, заедно с нанотехнолози, успяха да разработят светещи растения. Експериментите са проведени върху проби от кресон или кресон, полуводно растение от семейство Зелеви.
За да се постигне блясък, в растенията бяха въведени пигменти-луцефирини, специален окислителен ензим, подобен на гените на светулките и светещите бактерии. Тези елементи са транспортирани в растителни тъкани с помощта на силициеви наночастици. Когато попаднат в растенията, те влизат в реакция, в резултат на която започва да се отделя енергия и растението свети.
Не са провеждани генни модификации и експерименти с гени. Учените поели по различен път и започнали просто да въвеждат необходимите частици в растението. Растението се накисва в разтвора, създава се високо налягане и частиците проникват в растението през микропори.
Разбира се, веднага възникнаха етични въпроси. Това вредно ли е за растенията и пречи ли на нормалното им функциониране? Учените веднага увериха еколозите, че не е вредно.
Съставът на въведените елементи включва и специален коензим, който може да премахне вредните вещества, получени в резултат на окисляване.
Приложения на светещи растения
Защо са измислили такова „чудо“ - растение и къде може да помогне? В природата няма растения, които да светят. Само няколко живи организми имат способността да светят.
Според изследователите такива растения са били отглеждани, за да се използват за осветяване на улиците през нощта без фенери. Луминисцентните частици ще циркулират в растението по този начин, така че да светят през нощта.
Ако експериментът е напълно успешен, ще бъде възможно да се спести електроенергия. Според статистиката почти 20% от цялата произведена електроенергия се изразходва за улично осветление.
На този етап това е невъзможно, а отстранените растения, въпреки че светят, не могат да заменят напълно осветителните устройства. Невъзможно е да четете под тях, без да натоварите зрението си. Засега светлината им е достатъчна, за да освети пътека за пешеходци или дори магистрала.
Първите проби светеха само 45 минути, след което успяха да постигнат 4-часово сияние. Учените искат да постигнат резултат, когато растенията светят през целия си живот. Освен това бих искал да опростя доставката на реактиви и да направя нещо като спрей.
Учените постепенно увеличават силата на светещата трева и може би в близко бъдеще светещата трева ще може да се превърне в пълноценен източник на светлина.
Като обект на „подчертаване“ учените избраха любимото моделно растение на генетиците - незабележимото коренище на Тал. Arabidopsis thaliana. Ако всичко върви добре с него, тогава на следващия етап биолозите обещават да накарат розата да свети.
Интересното е, че „биохакерите“, както ги нарече пресата, не изискват никакви разрешителни за работа. Авторите на проекта казват, че според американските закони светещите растения не подлежат на регулиране: те не са предназначени за консумация от хора или животни, а федералната земеделска агенция APHIS (Служба за инспекция на здравето на животните и растенията) се интересува само от метода за въвеждане на трансгени. Ако гените на луциферазната система се въвеждат в растението, като се използва метод, който не използва патогени (първоначално се планираше да се използва условно патогенен Agrobacterium), APHIS няма да може да се намесва в работата на Еванс и колегите му.
Появява се, освен в специализирания екоактивистки печат, и в The Guardian. Канадската организация ETC Group беше най-активна - тя се опита да организира публична кампания, предназначена да окаже натиск върху Kickstarter да не предоставя финансиране на "биохакери".
Трудно е да се каже дали Евънс и неговите сътрудници ще успеят да преодолеят съпротивата и да доставят семената навреме на ентусиастите, подкрепили проекта. Засега изглежда, че те имат много по-голям шанс за това от AquaBounty с тяхната многострадална сьомга. В края на краищата „биохакерите“, за разлика от AquaBounty, Monsanto и други биотехнологични компании, ще трябва да се борят не с американската бюрокрация под формата на FDA, а с общественото мнение и екологични активисти, които, за щастие или за съжаление, все още не са толкова мощен.
Феновете на Аватара на Джеймс Камерън отдавна мечтаят да пренесат в дома си поне частица от светещата джунгла на Пандора. И накрая, можем да се зарадваме: пет години след излизането на блокбастъра биохакерите най-накрая изобретиха живо растение, което буквално се превръща в нощна лампа, когато падне мрак. Без магия - само наука и голямо желание!Първи прототипи
Първите "условно светещи" растения са получени от групата на Стивън Хауел през 1986 г. Генетично модифицираните моркови и тютюнът съдържат само самата луцифераза (ензимът, който стимулира луминесценцията), но им липсва луциферин (самият луминисцентен пигмент). Проблемът беше, че за да се произведе луцифераза, е достатъчно да се вмъкне само един ген в ДНК, но за да се произведе луциферин, са необходими много различни гени, за да се сглоби "парче по парче".
В резултат на това получените растения не излъчват светлина сами по себе си, те трябва да бъдат напръскани с луциферин или добавени към почвата. Това, между другото, може да се види на снимките, които по-късно станаха символ на проекта Glowing Plant. Корените и съдовете на тютюна светят най-силно върху тях, но не защото там луциферазата работи по-добре, а защото субстратът се движи през тях от почвата.
Първото растение, способно да свети самостоятелно, е получено много по-късно - едва през 2010 г. Александър Кричевски и колегите му от университетите в Ню Йорк и Израел са работили по него. За да принудят тютюна да произвежда собствен луциферин, учените са използвали блок от гени от луминесцентната бактерия Photobacterium leiognathi. В този случай гените са били вмъкнати в генома на хлоропластите, за да не могат да се разпространяват с прашец.
Трансгенният тютюн обаче светеше много слабо - светлината му едва се виждаше на снимки с много дълга експозиция. Това е така, защото гените не винаги работят ефективно, когато се прехвърлят от един организъм в друг. Това обаче не попречи на автора на проекта да регистрира съответния патент. Освен това такава генетична система е доста подходяща за научно изследване на растенията.
Стъпка напред
Като цяло, не хранете учените с хляб - оставете ги да пришият луциферазната последователност към всякакви интересни гени, за да можете да наблюдавате как тяхното активиране е придружено от луминесценция. В крайна сметка, за разлика от конвенционалната боя, тя ви позволява напълно да се отървете от външния „шум“.
Самата идея, че подобни работни инструменти могат да се използват за нещо, което няма никаква връзка с изследванията, идва от група студенти от университета в Кеймбридж. През 2010 г. девет светли умове решават да разработят генетична система, която да им позволи да създават ярко светещи „декоративни“ организми.
Студентите допълниха ензимите за синтез на луциферин с ензим за неговата регенерация (по този начин решиха проблема на Кричевски), оптимизираха гените на японската светулка Luciola cruciata за експресия в E. coli и направиха няколко други подобрения. В резултат на това те получиха щам бактерии, колба, с която може например да се използва вместо лампа - такива E. coli осигуряват достатъчно светлина за четене на книга.
Свети!
Появата на истинска светеща зеленина, достъпна дори за хора от ненаучна среда, стана възможна благодарение на среща между израелския биолог Омри Амирав-Дрори, предприемача Антъни Еванс и генетикът на растенията Кайл Тейлър. Базиран в Сан Франциско, проектът е замислен като публична демонстрация на силата на синтетичната биология за модифициране и пренаписване на гени и използване на ДНК молекули, създадени в лаборатории. Той също така подкрепя движението за биология „Направи си сам“, което се стреми да направи биотехнологиите по-достъпни за обществеността.
Като обект на „подчертаване“ учените избраха любимото моделно растение на генетиците - невзрачния Arabidopsis thaliana. Причината за такава „нежност“ към дивия роднина на зелето е проста: той има много къс и вече напълно дешифриран геном. Ето защо това растение дори пътува до космоса на борда на съветската станция Салют 7, а НАСА планира да го отглежда на Луната през следващото десетилетие. На следващия етап биолозите обещават да накарат розата да свети (въпреки че днес вече има по-лесен и бърз начин - просто покрийте цветята със специален био-гел).
Учените не трябваше да разчитат на държавна или дори частна подкрепа за такъв проект, така че беше решено да се обърне към груповото финансиране на уебсайта Kikstarter. Планираният бюджет беше 65 хиляди долара, но светещите растения предизвикаха такъв интерес, че сумата на събраните средства надхвърли 400 хиляди долара. За тези, които дариха $40 за финансиране, екипът обеща да изпрати семена от бъдещото растение за самостоятелно отглеждане и $150 за самото растение.
Съмненията на Зелените
Първоначално зелената преса реагира благосклонно на такава фантастична идея. В края на краищата, с помощта на светещи дървета би било възможно да се осветяват градските улици и магистрали, като по този начин се спестява много електроенергия и се намаляват емисиите на въглероден диоксид. В допълнение, растенията с тематика на Аватар могат да станат много популярни във футуристичния интериор, озеленяването и архитектурата на сградите. Но когато мечтата започна да се превръща в реалност, ентусиазмът на природозащитниците започна да намалява.
Някои експерти и анализатори се опасяват, че разпространението на тези растения може да създаде прецедент за неконтролирано освобождаване на синтетични ГМО организми в естествения баланс. В края на краищата не се предполага никакъв контрол върху разпространението на „живата електрическа крушка“: Ентусиастите, които инвестират в проекта, ще могат свободно да отглеждат светещи растения, да събират техните семена и дори (евентуално) да получат нови светещи хибриди. Правителството на САЩ обаче няма правомощия да контролира създаването на такива организми, тъй като те не са предназначени за консумация от хора или животни.
Светещи в тъмното растения, които изглеждат като излезли направо от блестящите гори на Avatar, са готови да се настанят във вашата градина. Отглеждането на светещо дърво, разбира се, ще отнеме известно време, но можете да поръчате светещи в тъмното семена от Arabidopsis, малко цъфтящо растение от семейство Кръстоцветни, сега.
Glowingplant планира да започне да доставя семена още следващата седмица, според кампанията Kickstarter, която стартира компанията миналата година. Но, според компанията, пускането е било отложено до есента - не поради производствени проблеми или неуспехи със сиянието на самите растения, а защото проектът е събрал повече пари, отколкото първоначално са очаквали.
Преди няколко месеца попитахме нашите инвеститори дали искат да започнем да изпращаме семена навреме или трябва да използваме останалите средства за подобряване на осветеността, обяснява Антъни Евънс, главен изпълнителен директор на стартъпа за синтетична биология, който създаде биолуминесцентна флора.
И огромното мнозинство ни посъветва да работим върху подобряването на осветеността.
За да създадат биолуминесцентно растение, учените са кръстосали изкуствено Arabidopsis и светещата морска бактерия Vibrio fischeri. Простото вмъкване на бактериална ДНК в растение няма да работи - гените изискват редица промени, за да работят правилно в растението - така че екипът предприе синтетичен подход.
Първо, изследователите събраха гените виртуално, използвайки софтуер, наречен генетичен компилатор, който позволява на учените да сглобяват ДНК на нови форми на живот на компютри. След това те изпращат генните характеристики на компании за сглобяване на ДНК, които изграждат истинската ДНК.
За да импортира прясно събрани гени в Arabidopsis, екипът използва бактерия, наречена Agrobacterium tumefaciens. В природата A. tumefaciens е патогенен организъм, който вмъква своите гени в растителни клетки, причинявайки рак. Но неговата неутрализирана версия може да достави синтезираната ДНК на растението гостоприемник, без да го нарани.
Изследователите вмъкват получените гени в листата и оценяват колко добре се е адаптирало растението и колко светлина произвежда. Благодарение на допълнителното финансиране учените сега експериментират с набор от малко по-различни ДНК последователности, за да произведат най-добрия блясък.
Планираме да тестваме около 1500 последователности“, отбелязва Евънс.
След като учените открият най-добрата ДНК последователност, те ще създадат комерсиално светещо в тъмното растение Arabidopsis, използвайки инструмент, наречен генен пистолет, който бомбардира растението с наночастици, предназначени да доставят ДНК вътре.
Когато цъфти, Arabidopsis ще произведе семена, които носят нови гени, а потомството му също ще свети в тъмното. Сега екип от учени тества способността на второто поколение Arabidopsis да свети.
Когато семената в крайна сметка бъдат пуснати в продажба, това ще бъде най-голямото в света пускане на генетично модифицирано растение – концепция, която някои природозащитници са направо неудобни.
В съвременната наука синтетичната биология и генетично модифицираните организми (ГМО) са силно противоречиви концепции. Има опасения, че ГМО представляват опасност за хората или дори могат да станат инвазивни видове.
Когато Glowing Plant за първи път стартира проекта си в Kickstarter, група активисти против синтетичната биология в Канада стартира кампания за спиране на проекта. Инициативата събра едва 2274 долара, докато екипът на Еванс стигна само до няколко долара от половин милион, надхвърляйки първоначалната си цел повече от седем пъти.
Кристина Холмс, която изучава човешките последици от биотехнологиите и иновациите в развъждането на растения в университета Далхаузи в Канада, отбелязва, че рисковете варират в зависимост от случая.
Казано направо, не всички ГМО са създадени еднакви, казва Холмс. – Много зависи какво растение използвате, какви гени сте използвали и накрая за каква цел.
Рискът се увеличава, ако въпросните растения са предназначени за човешка консумация. Но Arabidopsis е просто плевел. От гледна точка на инвазивната опасност на видовете, рисковете също трябва да се разглеждат за всеки отделен случай. Това зависи отчасти от това колко лесно въпросното растение разпространява своя прашец и следователно своите гени към други растения.
В случая с Arabidopsis страховете са неоснователни, защото растението е предимно самоопрашваща се трева, казва Кайл Тейлър, молекулярен биолог и ботаник в Glowing Plant.
Попитайте всеки биолог на Arabidopsis дали е лесно да накарате тези растения да се опрашват кръстосано и той ще ви каже, че това е напълно нетривиална задача.
Тейлър също така добави, че хибридът ще оцелее много по-трудно, тъй като производството на светлина ще изисква допълнителна енергия и ще отслаби растението. Хибридът може дори да обърка собствената си светлина със слънчева светлина, което може да повлияе негативно на метаболизма му.
Ако поставите обикновен арабидопсис до светещ, Тейлър признава, че светещото растение изглежда по-малко щастливо.
Холмс твърди, че никога не знаете предварително как ще се държи нов вид, но леката модификация със сигурност „няма да го направи по-силен като плевел“ - в сравнение, да речем, с рапицата, която е генетично модифицирана, за да устои на хербициди.
Според прогнозите на Еванс светещото растение трябва да направи концепцията за синтетичната биология интересна и достъпна за хората.
Причината много хора да не вярват на биотехнологиите е, че не ги разбират, каза Еванс. „Ние вярваме, че ще можем да променим отношението към биотехнологиите, като създадем нещо осезаемо, нещо, което хората могат да разберат.
Така че наистина ли ще видим гора, пълна с дървета Пандора, която ще замени уличното осветление, ще намали потреблението на електроенергия и емисиите на CO2?
Необходима е много работа, за да стигнем до това ниво“, признава Тейлър.
Това е биология, така че винаги може да има някои нюанси, които да не разбираме напълно. Но ние имаме няколко идеи как да постигнете това, което искате.
