Представьте себе растение, которое светилось бы как фонарик, позволяя читать в темноте, не тратя ни копейки на электричество. Эти растения можно выращивать всюду для того, чтобы обеспечить мягкое ночное освещение без громоздких фонарей и проводов. Эта прекрасная фантазия может стать реальностью уже в ближайшем будущем: группа исследователей из MIT хочет воплотить ее в жизнь . Но как можно заставить растение светиться?
Биологическое свечение (биолюминесценция) часто встречается в дикой природе. Ученым из Массачусетского технологического института удалось заставить некоторые растения светиться с помощью фермента светлячков, называемого люциферазой. У насекомых она связывается с другим химическим веществом, люциферином, что и вызывает реакцию, излучающую свет. Исследователи выяснили, как имплантировать оба этих компонента в листья растений, что и в самом деле заставило последних испускать тусклое свечение.
Исследователи полагают, что они смогут улучшить эту реакцию до такой степени, что растения будут в состоянии освещать целые комнаты. Они считают, что со временем светящиеся деревья смогут заменить уличные фонари, что позволит сэкономить электроэнергию и деньги. Это не первый подобный проект: несколько лет назад стартап од названием Glowing Plants запустил кампанию на Kickstarter, чтобы создать растения, которые могли бы светиться в темноте, используя ту же реакцию люциферазы. Спустя 4 года и $500 000 собранных долларов ученые выяснили, что на самом деле вывести светящиеся растения намного сложнее, чем это казалось в теории, а потому проект закрылся. Хотя исследователям и удалось заставить растения испускать свет, он был слишком слабым, чтобы его можно было использовать для практических целей.
В MIT методика совершенно иная. Если команда Glowing Plants опиралась на генетические модификации, то в данном случае ученые хотят просто интегрировать светоносные белки прямо в растения. Согласно их прогнозам, в ближайшее время они смогут увеличить яркость растений и улучшить текущий метод имплантации белков. Сейчас белки попадают в листву после замачивания в растворе, полном наночастиц, под высоким давлением, а также в напылении и специальном окрашивании.
Конечно, в настоящее время светящиеся растения не смогли бы составить конкуренцию огромному рынку технологий освещения. Однако в будущем, если проект удастся и у него получится выйти на рынок, многие любители экологически чистых технологий (и просто те, кто не любит платить за свет) смогут оценить светильники-растения по достоинству.
Кембриджские разработчики биолюминесценции, свои первые заметные результаты, перспективы создания светящихся растений, получили в 2010 году, хотя разработкой начали заниматься значительно ранее.
Разработчики-экспериментаторы генной инженерии сумели внедрить модифицированный генный материал, добытый из известных всем светлячков,
в бактерии и выделить отдельные компоненты, которые теоретически можно внедрить в любой геном.
Стандартная винная бутылка, заполненная светящимися бактериями, давала приличное количество света, что можно было читать газету. Исследователи сообщили, что они видят перспективу создания светящихся растений, хотя пока еще есть некоторые проблемы, над преодолением которых ведутся работы.
Коллектив проекта считает, что сегодня появилась возможность создавать не только растения, излучающие свет различных цветов, но такие, которые будут светиться по заранее заданной программе, например, при прикосновении или после стрижки или обрезки стебля, или только в темное время суток.
Видя будущие перспективы, участники разработки создали проект Glowing Plants (в переводе «Светящиеся растения») и запустили инвестиционную компания, которая получила большую поддержку, и за первую неделю уже было собрано более половины суммы 400000 долларов, намеченной в качестве конечной цели. Количество желающих поддержать проект перевалило за 3500 человек и продолжает увеличиваться.
В чем ценность кампании Светящихся растений?
Энтони Эванс, координатор этого проекта, сообщает, что запуск инвестиционной кампании на Kickstarter, был вызван новыми возможностями для развития, так как это дает возможность развивать науку иным, более открытым путем.
Glowing Plants не планирует организовывать промышленное производство светящихся деревьев для использования в качестве светильников. Однако, в качестве поощрения, они предлагают генетический материал для самостоятельного использования, обучение и поощрительные призы всем, кто поддержит их проект материально.
Например, одно из поощрительных предложений организаторов этого проекта, – семена генетически модифицированного светящегося растения Arabidopsis thaliana. Эти семена будут высланы всем тем, кто пожертвует $40 на благо проекта. Примерная дата, когда инвесторы смогут получить свои семена – июнь следующего года, или на месяц раньше, если взнос составит $120. Живое светящееся растение, которым можно похвастаться перед друзьями и использовать в качестве ночника доставят за $150.
При суме взноса $5000 и более, представитель команды проведет однодневный семинар по проблемам биолюминесценции. А имя того, кто внесет $10000 и более, будет увековечено в ДНК светящихся растений. Известно, что на сегодняшний день уже даже нашелся один такой спонсор проекта.
Поклонники фильма «Аватар» Джеймса Кэмерона давно мечтают принести в свой дом хотя бы кусочек светящихся джунглей Пандоры. Наконец-то можно ликовать: спустя пять лет после выхода блокбастера биохакеры наконец-то изобрели живое растение, которое с наступлением темноты буквально превращается в ночник. Никакой магии – только наука и огромное желание!Первые прототипы
Первые «условно светящиеся» растения были получены группой Стивена Хоувелла в 1986 году. Генетически изменённые морковь и табак содержали только саму люциферазу (фермент, стимулирующий свечение), но в них отсутствовал люциферин (сам светящийся пигмент). Проблема заключалась в том, что для получения люциферазы достаточно внедрить в ДНК всего один ген, а для выработки люцеферина требуется множество различных генов, собирающих его «по кусочку».
Как результат, полученные растения сами по себе света не излучали - их надо было опрыскивать люциферином или добавлять его в почву. Это, кстати, можно заметить и на фотографиях, которые впоследствии стали символом проекта Glowing Plant. На них у табака сильнее всего светятся корни и сосуды, - но не потому, что там лучше работает люцифераза, а потому, что по ним из почвы движется субстрат.
Первое растение, способное светиться само по себе, было получено гораздо позже - лишь в 2010 году. Над ним работали Александр Кричевский и его коллеги из университетов Нью-Йорка и Израиля. Для того, чтобы заставить табак производить собственный люциферин, ученые использовали блок генов из люминесцирующих бактерий Photobacterium leiognathi. При этом гены встроили в геном хлоропластов - таким образом, чтобы они не могли распространяться с пыльцой.
Однако трансгенный табак светился очень слабо - его свет едва виден на фотографиях с очень длинной выдержкой. Это объясняется тем, что гены не всегда эффективно работают при переносе из одного организма в другой. Впрочем, это не помешало автору проекта зарегистрировать соответствующий патент. Тем более, что для научного исследования растений такая генетическая система вполне подходила.
Шаг вперёд
Учёных вообще хлебом не корми – дай пришить последовательность люциферазы к любым интересным генам, чтобы можно было следить за тем, как их активация сопровождается свечением. Ведь, в отличие от обычного красителя, она позволяет полностью избавиться от постороннего «шума».
Сама же мысль о том, что подобные рабочие инструменты можно использовать для чего-то совершенно с исследованиями не связанного, появилась у группы студентов из Кембриджского университета. В 2010 году девять светлых умов решили разработать генетическую систему, позволяющую создавать ярко светящиеся «декоративные» организмы.
Студенты дополнили ферменты синтеза люциферина ферментом его регенерации (таким образом решив проблему Кричевского), оптимизировали гены японского светлячка Luciola cruciata для экспрессии в кишечной палочке и провели еще несколько улучшений. В результате они получили штамм бактерий, колбу с которыми можно, например, использовать вместо лампы - такие кишечные палочки дают достаточно света для того, чтобы читать книгу.
Оно светится!
Появление настоящей светящейся зелени, доступной даже людям из ненаучной среды, стало возможным благодаря встрече израильского биолога Омри Амирав-Дрори (Omri Amirav-Drory), предпринимателя Энтони Эванса (Antony Evans) и специалиста по генетике растений Кайла Тейлора (Kyle Taylor). Основанный в Сан-Франциско проект был задуман как публичная демонстрация возможностей синтетической биологии изменять и переписывать гены и использовать созданные в лабораториях молекулы ДНК. Он также поддерживает движение «Сделай-сам-биология», которое стремится сделать биотехнологию более доступной для общественности.
В качестве объекта «подсвечивания» учёные выбрали любимое модельное растение генетиков - невзрачную резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana). Причина такой «нежности» к дикой родственнице капусты проста: она имеет очень короткий и уже полностью расшифрованный геном. Вот почему это растение даже побывало в космосе на борту советской станции Салют-7, а NASA в ближайшем десятилетии планирует выращивать его на Луне. На следующем этапе биологи обещают заставить светиться розу (хотя сегодня уже существует более лёгкий и быстрый способ – достаточно просто покрыть цветы специальным био-гелем).
Рассчитывать на государственную или даже частную поддержку такого проекта учёным не приходилось, поэтому было решено обратиться к краундфандингу на сайте Kikstarter. Запланированный бюджет составлял 65 тысяч долларов, но светящиеся растения вызвали такой интерес, что количество собранных средств превысило 400 тысяч долларов. Тем, кто перечислил на финансирование по 40 долларов, команда пообещала прислать семена будущего растения для самостоятельного выращивания, по 150 - само растение.
Сомнения «зелёных»
Сперва «зелёная» пресса отнеслась к такой фантастической идее благосклонно. Ведь с помощью светящихся деревьев можно было бы освещать улицы городов и автотрассы, тем самым экономя уйму электричества и снижая выбросы углекислого газа. Кроме того, растения в стиле «Аватара» могли бы стать весьма популярными при создании футуристических интерьеров, ландшафтного дизайна и архитектуры зданий. Но когда мечта стала превращаться в реальность, энтузиазм экологов пошёл на спад.
Некоторые эксперты и аналитики опасаются, что распространение этих растений может создать прецедент неконтролируемых выбросов синтетических ГМО-организмов в природный баланс. Ведь никакого контроля за распространением «живой лампочки» не подразумевается: Вложившиеся в проект энтузиасты смогут свободно выращивать светящиеся растения, собирать их семена и даже (возможно) получать новые светящиеся гибриды. При этом правительство США не имеет полномочий контролировать создание таких организмов, поскольку они не предназначены для употребления в пищу ни человеком, ни животными.
