Ragyogó növények. Világító virágokat árusító vállalkozás. És boldogan fog élni, míg meg nem hal

Ragyogó növény? Nem, nem láttuk

- Megkapom valaha a növényemet? Már évek teltek el. Csak kíváncsi vagyok.

- Hogyan kaphatom vissza a 40 dolláromat?

- Már feladtam ezt az ügyet, és úgy gondolom, hogy egyszerűen pénzt veszítettem.

Ilyen hozzászólások bőven találhatók a Glowing plant project Facebook oldalán. 2013-ban tudósok egy csoportja kampányba kezdett, hogy pénzt gyűjtsön világító növények létrehozására. A projekt szerzőinek ötlete a mai időkben meglehetősen egyszerűnek hangzik: vegyük a baktériumok ragyogását lehetővé tévő géneket, állítsák össze őket egyetlen töredékgé, illesszék be a kívánt szekvenciát a rizóma genomjába, és kapjanak fényes növényt. Eleinte minden jól ment - a projekt csaknem félmillió dollárt gyűjtött össze. De előfizetői soha nem láttak világító növényeket, és a szerzők áttértek a pacsuli illatú moha létrehozására.

Növények, halak és baktériumok

A tudósok az elmúlt években olyan macskákat, nyulakat és még birkákat hoztak létre, amelyek a DNS-ükbe épített fluoreszcens fehérjegéneknek köszönhetően ragyoghatnak. Vannak még GloFish díszhalak is, amelyeket otthoni akváriumba is árulnak.

„A GloFish olyan hal, amely a fluoreszcens fehérjéknek köszönhetően ragyog. A természetben az ilyen fehérjék számos medúzában, egyes rákfélékben és még távoli rokonainkban is megtalálhatók, a legprimitívebb húrokban - lándzsákban. Ezeket a fehérjéket mesterségesen, géntechnológiai módszerekkel juttatják be sok más szervezetbe: az oly sikeresen eladott GloFish-be, egerekbe és sok növénybe is” – mondta Yampolsky.

A fluoreszcens fehérjéket a molekuláris biológiában is széles körben alkalmazzák, mivel címkéként használhatók, amely egy adott fehérjével együtt termelődik, és lehetővé teszi számunkra, hogy lássuk, mikor és hol kezd el termelődni az adott fehérje a szervezetben.

„Miért adják el a halat, de nem látunk eladó növényeket? A válasz a fluoreszcencia természetében rejlik: a fluoreszcens fehérjék csak fénnyel történő besugárzás hatására világítanak. Mint sok folyamatban, némi energia elvész, és a kimenet eltérő hullámhosszú, azaz eltérő színű fény. A GloFish nem mindig világít, hanem csak akkor, ha ultraibolya fény éri őket, és akkor úgy néznek ki, mint a divatosok a diszkóban” – magyarázta a tudós.

Nehezebb, mint amilyennek látszik

A Glowing Plant projekt ötlete az, hogy a növénynek önmagában kell világítania, és ehhez egy másik mechanizmusra van szükség - a biolumineszcenciára.

A biolumineszcencia az élő szervezetek izzása, és nagyon különböző fajok ezrei között fordul elő, főleg tengeri. „A biolumineszcencia használatához tudnia kell, hogyan működik, de sok szervezet számára ez a kérdés még mindig megválaszolatlan. A ragyogás természete mindig kémiai reakción alapul, de kémiai szerkezete résztvevői - egyéni jellemző minden szervezet. Ezt csináljuk. Fő feladatunk annak kiderítése, hogy a luciferin és a luciferáz világító molekulák hogyan épülnek fel, és hogyan megy végbe maga a kémiai reakció” – mondta Yampolsky.

A biolumineszcencia mechanizmusának köszönhetően egy növényt vagy más szervezetet felvillantani sokkal összetettebb feladat, mint egyszerűen egy fluoreszcens fehérjegén DNS-be való beillesztése. Viszonylag egyszerű változat, amelyet már 1986-ban megvalósítottak, a szentjánosbogár-luciferáz gént beépítették a dohány DNS-ébe, és a növényt luciferint tartalmazó oldattal meglocsolták. A kapott dohány valóban izzott, amint az a 24 órában készült fényképen is látható.

« Ideális lehetőség, amely még senkinek sem sikerült, magában foglalja a luciferin bioszintézisének teljes útvonalának megfejtését, amely többlépcsős folyamat lehet, nagy számban fehérjék. Ezután az összes ezeket a fehérjéket és a luciferázt kódoló géneket beépítik egy másik szervezet genomjába. Jelenleg még csak a bakteriális luciferin bioszintézisét sikerült megfejteni, de ez a rendszer nehezen adaptálható a növényekhez és az állatokhoz. Egy ilyen megközelítés megvalósítása pedig számomra valószínűtlennek tűnik” – jegyezte meg a kutató.

„Különböző becslések szerint körülbelül 40 különböző luciferin és biolumineszcencia mechanizmus létezik. Egészen a közelmúltig mindössze hét luciferin szerkezetet ismertek. Kutatócsoportunk elmúlt három évben végzett munkájának köszönhetően azonban további három új struktúra jött létre – a luciferin fajok. Fridericia heliota, valamint a magasabb rendű gombák luciferinje és luciferáza. Nemcsak tudjuk, hogyan épülnek fel ezek a molekulák, tudjuk, hogyan kell szintetizálni őket, pontosan tudjuk, hogyan mennek végbe a kémiai izzási reakciók, tudjuk, hogyan kell őket kémcsőben futtatni, és még a színt is ellenőrizni, bár eddig korlátozottan. A soklevelű féregből származó luciferin szerkezete a kutatás egy korábbi szakaszában van folyamatban, számos további tárgyat fedeznek fel: puhatestűeket, polichaetákat, cápákat és másokat” – mondta a kutató.

A biolumineszcencia felhasználási lehetőségei sokrétűek. Az iparban - azért gyors meghatározás bakteriális szennyeződés, a tudományban - különféle folyamatok tanulmányozására, például a létrehozás során gyógyszerek. Ma a biolumineszcens technológiák forgalmát évi milliárd dollárra becsülik.

„A biolumineszcens növény létrehozása tudományos szempontból az egyik legambiciózusabb és legérdekesebb feladat. Azonban még nem értünk el a végső szakaszhoz, és még nem fogunk dicsekedni. Ennek ellenére ebben az irányban dolgozunk, és talán egy napon képesek leszünk egy önállóan világító növényt adni a világnak” – mondta a tudós.

Ilya Yampolsky, Nadezhda Markina és Zinaida Osipova kollégái segítettek az anyag elkészítésében.

Az "Avatar" film minden rajongója valószínűleg észrevette a Pandora dzsungel csodálatos világító növényeit. De most ez már nem sci-fi, a tudósok nemrég találtak ki olyan növényeket, amelyek fényesen világítanak éjszaka.

Az első prototípusok

Az első ilyen mintákat Stephen Howell csapata szerezte be még 1986-ban. A közönséges sárgarépa és a dohány genetikai módosításával egy luciferázt kezdtek tartalmazni (a növények lumineszcenciáért felelős régiója), de a növényekből hiányzott a luciferin (a fénylő pigment). Az egész nehézség abban rejlett, hogy a luciferáz előállításához egyetlen gént kellett hozzáadni a DNS-hez, de a luciferin előállításához ezek egész sorozatára volt szükség. Ennek eredményeként az így létrehozott növények lucefirinnel való kezelést vagy talajba juttatást igényeltek. Ez látható az ilyen növényekről készült fényképeken is, amelyeken a dohány gyökerei és szárai sokkal fényesebben világítanak, amelyek mentén a világító enzim halad át.

Csak 2010-ben hozták létre az első önállóan izzó növényt. Izraeli és amerikai tudósok kidolgoztak egy módszert, amellyel rákényszeríthetik a növényeket, hogy maguk termeljenek lucefirint. Ehhez hozzáadták a Photobacterium leiognathi baktériumból származó gént. Ezenkívül a baktériumból származó gént a kloroplaszt génbe illesztették, hogy az ne tudjon virágporral felszabadulni.

De az ilyen növények csak enyhén izzottak, hogy lássuk a hatást, hosszú záridővel kellett fényképezni. Ezt a helyzetet a gének idegen testben való gyökeresedésének kudarca okozta. A világító növények előállítására szolgáló módszer megalkotója azonban szabadalmat jegyeztetett be rájuk. Végül is a munka folytatásához és egy kísérletsorozat elvégzéséhez ez elég volt.

Lépj előre

A kutatókat nem is kell etetni, ha lehetőséget kapnak arra, hogy luciferázokat kapcsoljanak bármely génhez, hogy lássák, hogyan kezdenek el dolgozni és ennek megfelelően izzanak. Ez a megközelítés nem festékként működik, tiszta természetes fényt ad. Kezdetben nem tervezték a világító növényi technikát valami sikkes célra használni. Csak a cambridge-i diákok egy csoportja állt elő ilyen ötlettel. 2010-ben kilenc bátor lélek vállalta, hogy olyan dísznövényeket hozzon létre, amelyek valóban ragyognak.

Fiatalok a luciferin szintézisére szolgáló enzimet vittek be az enzimbe annak redukálására (minden korábbi fejlesztés nehézségeit leküzdve), a Luciola cruciata szentjánosbogár génjeit alapul véve. Számos egyéb fejlesztést is végrehajtottunk. Ennek eredményeként egy olyan baktériumos lombik jött létre, amely még az olvasáshoz is elegendő fényt adott.

Ragyog!

A zöld szentjánosbogarak tömeges megjelenését Omri Amirav-Drori, Anthony Evans vállalkozó és Kyle Taylor genetikus találkozása tette lehetővé. A San Franciscóban elindított terv a géntechnológia lehetőségeinek bemutatása volt.

Teszteikhez a szakértők választottak kedvenc növény Thal rizóma (Arabidopsis thaliana). Ez egy vadkáposzta volt, amely szinte teljesen feltárta a genetikai potenciált. Ezt a növényt még egy szovjet állomás is felbocsátotta az űrbe, és a NASSA azt tervezi, hogy a Hold zöldítésére használja majd. A tudósok következő lépése egy világító rózsa létrehozása lesz.

Mivel állami támogatásra nem számítottak, a Kickstarter weboldalán egy szakembercsoport készített egy projektet, amihez körülbelül 60 000 dollárra volt szükség, de az ötlet népszerűségének köszönhetően a srácok több mint 400 000 dollárt tudtak összegyűjteni. Mindenkinek, aki anyagilag segítette a projekt kidolgozását, a tudósok megígérték, hogy olyan növények magjait küldik, amelyek növekedni fognak és ragyogni kezdenek.

A zöldek kétségei

Mi a helyzet a természetvédőkkel? Kezdetben jól fogadták az ilyen munkát. Végül is, ha sok fényes fát ültet az utca mentén, sok áramot takaríthat meg, és csökkentheti a környezetszennyezést. Nem csak ez, de az ilyen növények hihetetlenül szép kiegészítői lehetnek bármilyen belső vagy tájtervezésnek. Ám amikor a gyakorlatról volt szó, a zöldek megkongatták a vészharangot.

Egyes szakértők szerint a világító növények tömeges terjedése ellenőrizetlen kibocsátáshoz vezethet a minket körülvevő világot GMO elemek. Mindenki, aki segített a projektben, tudott szentjánosbogarak termeszteni, és ennek ellenőrzéséről nem kellett beszélni. Ráadásul az amerikai kormány nem gyakorolhatott ellenőrzést az ilyen növények felett, mivel nem fogyasztották őket élelmiszerként.

Célunk a saját FabLabunk Szentpéterváron!
Kövesd a híreket!

Ragyogó növények

A növények fénye a sötétben meglehetősen szokatlan jelenség, és sokan nem ismerik. De ha nyár végén, meleg eső után éjszaka egy ritka elegyes erdőben vagy egy tisztáson találja magát, ahol régi fenyő-, luc-, nyír-, nyár- vagy égercsonkok vannak, ahol többször gyűjtötték a mézgombát, akkor saját szemével megcsodálhatja ezt a mesés képet. Nézze meg közelebbről – és a titokzatos csendben, a suttogó fák sötét sziluettjei között a nyári éjszaka sötétjében, varázslatos „fényeket” fog látni, amelyek foszforeszkáló fénnyel izzanak. Próbáljon megütni egy korhadt piumot egy könnyű csatabárddal, vagy vágjon le egy vékony kéregréteget: a szikrák oldalra szóródnak, mint a korhadt fa „fényei”. Otthon egy ilyen rohadt dolog nem fénylik sokáig.

Az ilyen korhadt fa kitett faanyagán könnyű észrevenni fekete ereket vagy elágazó, sötétbarna „zsinórokat” (rizomorfokat), amelyek vékony fehéres szálakban - micéliumban - végződnek. Ez egy jól ismert gomba micélium, amely fára telepedett - őszi vagy nyári mézgomba. Ezek a gombák nem kalappal vagy szárral világítanak, hanem a micéliummal, amely vékony hálóként fonja körbe a megsemmisült fát. És úgy tűnik, hogy az egész tuskó vagy korhadt fa izzik!

A talajban lévő mézes gomba spórái nem félnek a hirtelen hőmérséklet-változásoktól. A termőtestek mellett a micéliumban megjelennek a növekvő rizomorfok, amelyek megfertőzik a fák gyökereit, és rajtuk keresztül 2,5-3 m magasra emelkedve jutnak a törzsekbe (12. ábra). A micélium élő fán való megjelenése (leggyakrabban sérült kérgén keresztül) a fa pusztulásához és halálához vezet.

Rizs. 12. Mézgomba rizomorfái által érintett fatörzsön

Mint látható, ezek az ehető gombák nemcsak frissen készített vagy tárolt élelmiszerek formájában nyújtanak örömet, hanem az erdőgazdálkodást is károsítják.

Információink szerint bizonyos esetekben a nem feketeföldi régióban elterjedt másik gomba, az igazi pillangó világít, különösen akkor, ha a termőteste már túlérett és omlani kezd.

Az üvegházakban és melegházakban található kádak, virágcserepek tálcáinak vízfelületét gyakran csak mikroszkóp alatt látható, úgynevezett aranyalga (Chromophyton Rosanoffii) borítja, melynek zoospórái irányított megvilágítás mellett látványos aranyfényt adnak. Mivel minden zoospórában van egy kromatofor, és képes a visszaverő gömbfelületet a fény áramlásának irányába irányítani, a legintenzívebb visszaverődés akkor következik be, amikor a vízfelületet a legkisebb hegyesszögben nézzük. Ha felülről merőlegesen nézzük a vizet, az algabevonat színtelennek tűnik, és egyáltalán nem ad fényt. De ez a hatás már nem a saját izzása miatt jelentkezik, hanem csak a fény befogása és annak irányított visszaverődése miatt.

A sötétben világító növények, amelyek úgy néznek ki, mintha egyenesen Avatar csillogó erdeiből érkeztek volna, készen állnak arra, hogy megtelepedjenek a kertedben. Egy izzó fa felnevelése természetesen eltart egy ideig, de már rendelhetsz sötétben világító magvakat az Arabidopsis-tól, a keresztesvirágúak családjába tartozó kis virágos növénytől.

A Glowingplant azt tervezte, hogy már a jövő héten megkezdi a vetőmagok szállítását – derül ki a céget tavaly elindító Kickstarter kampányból. A vállalat szerint azonban a kiadást őszig halasztották - nem a termelési hibák vagy maguknak az üzemek fényével kapcsolatos hibák miatt, hanem azért, mert a projekt összegyűjtött több pénzt mint amire eredetileg számítottak.

Néhány hónappal ezelőtt megkérdeztük befektetőinket, hogy akarják-e, hogy időben kezdjük el a vetőmagok küldését, vagy a fennmaradó forrásokat a fényesség javítására fordítsuk – magyarázza Anthony Evans, a biolumineszcens flórát létrehozó szintetikus biológia startup vezérigazgatója.

És a túlnyomó többség azt tanácsolta, hogy dolgozzunk a fényerő javításán.

A biolumineszcens növény létrehozása érdekében a tudósok mesterségesen keresztezték az Arabidopsis-t és a Vibrio fischeri világító tengeri baktériumot. A baktériumok DNS-ének egyszerű beillesztése egy növénybe nem működne – a gének számos változtatást igényelnek, hogy megfelelően működjenek a növényben –, ezért a csapat szintetikus megközelítést választott.

Először a kutatók virtuálisan összeállították a géneket egy genetikai fordítóprogram segítségével, amely lehetővé teszi a tudósok számára, hogy számítógépeken összeállítsák az új életformák DNS-ét. Ezt követően elküldték a génjellemzőket a DNS-összeszerelő cégeknek, amelyek megépítették a tényleges DNS-t.

A frissen betakarított gének Arabidopsisba történő importálásához a csapat az Agrobacterium tumefaciens nevű baktériumot használta. A természetben az A. tumefaciens egy patogén organizmus, amely génjeit növényi sejtekbe juttatja, és rákot okoz. De semlegesített változata képes eljuttatni a szintetizált DNS-t a gazdanövényhez anélkül, hogy károsítaná azt.

A kutatók a kapott géneket a levelekbe illesztették, és felmérték, hogy a növény mennyire alkalmazkodott, és mennyi fényt termel. A kiegészítő finanszírozásnak köszönhetően a tudósok most egy sor kissé eltérő DNS-szekvenciával kísérleteznek, hogy a legjobb fényt produkálják.

Körülbelül 1500 szekvenciát tervezünk tesztelni” – jegyzi meg Evans.

Amint a tudósok megtalálták a legjobb DNS-szekvenciát, létrehoznak egy sötétben világító Arabidopsis növényt egy génpisztolynak nevezett eszköz segítségével, amely nanorészecskékkel bombázza a növényt, amelyek célja a DNS bejuttatása.

Amikor virágzik, az Arabidopsis magokat hoz, amelyek új géneket hordoznak, és utódai is világítanak a sötétben. Most egy tudóscsoport teszteli az Arabidopsis második generációjának fényes képességét.

Amikor a magvak végül forgalomba kerülnek, ez lesz a világ legnagyobb génmanipulált növényi kiadása – ez a koncepció, amelyet egyes környezetvédők kifejezetten kényelmetlennek tartanak.

A modern tudományban a szintetikus biológia és a genetikailag módosított szervezetek (GMO-k) rendkívül ellentmondásos fogalmak. Aggodalomra ad okot, hogy a GMO-k veszélyt jelentenek az emberre, vagy akár invazív fajokká válhatnak.

Amikor a Glowing Plant először elindította projektjét a Kickstarteren, Kanadában a szintetikus biológia elleni aktivisták egy csoportja kickstopper kampányt indított a projekt leállítására. A kezdeményezés mindössze 2274 dollárt gyűjtött össze, míg Evans csapata mindössze néhány dolláron belülre került a félmilliónál, több mint hétszeresével meghaladva eredeti célját.

Christina Holmes, aki a biotechnológia és a növénynemesítési innovációk emberi vonatkozásait tanulmányozza a kanadai Dalhousie Egyetemen, megjegyzi, hogy a kockázatok esetenként eltérőek.

Őszintén szólva nem minden GMO egyforma, mondja Holmes. – Sok múlik azon, hogy milyen növényt használunk, milyen géneket használtunk, és végül milyen célra.

A kockázat megnő, ha a szóban forgó növényeket emberi fogyasztásra szánják. De az Arabidopsis csak egy gyom. A fajok invazív veszélye szempontjából a kockázatokat is eseti alapon kell mérlegelni. Ez részben attól függ, hogy a szóban forgó növény milyen könnyen terjeszti a pollenjét, és így a génjeit más növényekre.

Az Arabidopsis esetében a félelmek alaptalanok, mert a növény elsősorban önbeporzó fű – mondja Kyle Taylor, a Glowing Plant molekuláris biológusa és botanikusa.

Kérdezze meg bármelyik Arabidopsis biológust, hogy könnyű-e rávenni ezeket a növényeket a keresztbeporzásra, és azt fogják mondani, hogy ez egy teljesen nem triviális feladat.

Taylor azt is hozzátette, hogy a hibrid sokkal nehezebben élné túl, mert a fény előállítása többletenergiát igényelne, és gyengítené a növényt. A hibrid összekeverheti saját fényét a napfénnyel, ami negatívan befolyásolhatja az anyagcserét.

Ha egy hagyományos Arabidopsist teszel egy izzó mellé, vallja be Taylor, a fénylő növény kevésbé tűnik boldognak.

Holmes azzal érvel, hogy az ember soha nem tudhatja előre, hogyan fog viselkedni új megjelenés, de enyhe módosítással biztosan „nem lesz erősebb gyomnövényként”, mint mondjuk a repce, amelyet genetikailag úgy módosítottak, hogy ellenálljon a gyomirtó szereknek.

Evans jóslatai szerint a világító növénynek érdekessé és rokoníthatóvá kell tennie a szintetikus biológia fogalmát az emberek számára.

Sokan azért nem bíznak a biotechnológiában, mert nem értik azt – mondta Evans. „Hiszünk abban, hogy képesek leszünk megváltoztatni a biotechnológiához való hozzáállásunkat azáltal, hogy valami kézzelfoghatót, valamit, amit az emberek megértenek.

Tehát valóban látni fogunk egy Pandora fákkal teli erdőt, amely felváltja az utcai lámpákat, csökkenti az áramfogyasztást és csökkenti a CO2-kibocsátást?

Nagyon sok munka kell ahhoz, hogy elérjük ezt a szintet” – vallja be Taylor.

Ez biológia, így mindig lehetnek olyan árnyalatok, amelyeket nem értünk teljesen. De van pár ötletünk, hogyan érd el, amit szeretnél.