Новий підхід до створення рослин, що світяться

Група дослідників з Массачусетського технологічного університету під керівництвом професора Майкла Страно повідомила, що їм вдалося створити рослини, які світяться у темряві. Це дозволяє сподіватися, що у майбутньому людство стане використовувати менше електроенергії для освітлення приміщень. Зараз для цього використовується 20% електроенергії, що виробляється. Здатність багатьох організмів світитися у темряві, полегшуючи собі життя, давно вже хвилювала вчених і була у списку перших “надможливостей”, з якими генетики свого часу почали експериментувати. Взагалі, на новину про те, що генетики навчили біологічний об’єкт світитися немає нічого дивного, адже вперше це було здійснено у далекому 1986 році. Новизна теперішнього дослідження криється у тому, що Майкл Страно та його колеги – не генетики, а інженери-хіміки, і їм вдалося перетворити рослину на джерело світла у 1000 разів потужніше за ті, що вдавалось створити раніше. Уся справа у тому, як живі організми генерують світло. Переважно, для цього вони використовують біохімічну реакцію окислення білку люциферину у присутності каталізатора люциферази та інгібітора А-кофермента. Коли стає більше люциферази, світіння посилюється, коли організм додає А-коферменту – загальмовується. Усе це регулюється давно відомим і не таким вже складним комплексом генів.
Механізм хемолюмінесценції люциферази. Джерело: Nano Letters, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b04369. Здавалось би, для того, щоб створити рослину, що світиться, достатньо пересадити їй відповідну ділянку ДНК, наприклад від світляка. Однак просте рішення натикається на одну проблему – люциферин є токсичним для рослинних клітин при тих концентраціях, при яких він дозволяє отримати світло, що його видно неозброєним оком. Через це на практиці, коли до сьогоднішнього дня писали про рослини, які світяться, то мали на увазі, що світло, яке вони виділяють можна зареєструвати за допомогою світлочутливих датчиків. Тож, вчені з Массачусетського технологічного інституту вдалися до більш точного регулювання виділення цього ферменту, ніж його синтез у самих клітинах. Для цього вони вдалися до перенесення усіх трьох компонентів за допомогою наночастинок. У наночастинках речовини, що беруть участь у процесі біолюмінесценції, знаходяться у хімічно зв’язаному стані і вивільняються в залежності від зовнішніх умов. Хіміки підібрали склад речовин, з яких складаються наночастинки таким чином, щоб вони виділялися саме у тих частинах рослин і у тих умовах, за яких необхідно викликати світіння. Головним об’єктом дослідження була настурція лікарська, вирощена безпосередньо у лабораторії. Крім неї спосіб було успішно випробувано на руколі, капусті та шпинаті. Рослину у трьохтижневому віці помістили до капсули. У цю капсулу під тиском подавалася рідина, яка містила наночастинки усіх трьох видів. Вони легко проходили крізь пори у листах рослин і накопичувались у їхніх тканинах. Внаслідок цього, рослини набувають здатності світитися у темряві. Спочатку біолюмінесценція, отримана таким чином, спостерігалася протягом 45 хвилин, але пізніше світіння настурції вдалося продовжити до 3,5 годин.

Установка для введення наночастинок. Джерело: Nano Letters, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b04369.
У порівнянні із LED-лампою, виміряна потужність якої становить 5,47×1013 фотонів за секунду результат настурції досить таки скромний – 1,44×1012 фотонів за секунду. Однак її виявилося достатньо, щоб прочитати книгу. До речі, це була поема “Втрачений рай” британського поета Джона Мілтона, головним героєм якої є Сатана або Люцифер. Поки що зарано говорити про революцію в освітленні. Тривалість світіння та потужність “рослин-світляків” недостатні для того, аби створювати рівень освітлення, комфортний для роботи людей. Це справа далекого майбутнього. Однак його вже достатньо для того, щоби замінити собою нічник, чи створити освітлення для романтичного побачення. Технологія, описана Майклом Страно та його колегами, є достатньо простою, і за наявності самих наночастинок її можна легко повторити з будь-якою кімнатною рослиною.
Nano Lett. (2017), doi: 10.1021/acs.nanolett.7b04369
По матеріалам https://scienceukraine.com/allnews/human-activity/tech/glowing-plants-from-mit/

Comments are closed.