Растения которые светятся. В MIT создали светящиеся растения: экологическое освещение будущего. Применение светящегося геля
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.
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.
Идея ученых из Массачусетского инженерного института увенчалась успехом и теперь существуют растения, которые светятся. С их помощью будут освещаться улицы.
Американским генным инженерам совместно с нанотехнологами удалось вывести светящиеся растения. Эксперименты проводились над образцами водяного кресса или жерухи обыкновенной – полуводного растения семейства капустных.
Чтобы добиться свечения в растения ввели пигменты-люцефирины, специальный фермент-окислитель похожий на гены светлячков и светящихся бактерий. Транспортировались в ткани растения эти элементы с помощью нано-частиц кремния. Попадая в растения, они вступают в реакцию, в результате которой начинается выделяться энергия и растение светится.
Генные модификация и эксперименты с генами не проводились. Ученые пошли другим путем и стали просто вводить в растение нужные частицы. Растение вымачивается в растворе, создается высокое давление, и частицы через микропоры проникают в растение.
Конечно сразу же встали этические вопросы. Не вредно ли это для растений и не нарушается ли при этом нормальное их функционирование. Ученые сразу заверили эко-защитников, что это не вредно.
В состав вводящихся элементов входит также особый кофермент, способный выводить вредные вещества, получающиеся в результате окисления.
Применение светящихся растений
Зачем же придумали такое «чудо» — растение и где оно может помочь? В природе растений, которые светятся, нет. Только немногие живые организмы имеют способность светиться.
По задумке исследователей такие растения выводились для того, чтобы с их помощью освещать улицы ночью без фонарей. Люминесцентные частицы будут таким образом циркулировать в растении, чтобы в темное время суток они светились.
Если эксперимент полностью удастся, то можно будет экономить на электроэнергии. По данным статистики на освещение улиц тратиться почти 20% всего добываемого электричества.
На данном этапе это невозможно, и выведенные растения хоть и светятся, но полноценно заменить осветительные приборы не могут. Читать под ними, не напрягая зрение, невозможно. Пока их света достаточно чтобы осветить дорожку пешеходам или даже проезжую магистраль.
Первые образцы светились всего 45 минут, потом удалось достичь 4х часового свечения. Ученые хотят достичь результата, когда растения будут светиться всю свою жизнь. Плюс доставку реагентов тоже хотелось бы упростить, и сделать что-то вроде спрея.
Ученые постепенно наращивают мощность светящейся травы, и возможно в ближайшем будущем светящаяся трава сможет стать полноценным источником света.
Компания Bioglow создала необычное ГМО растение, которое, по словам создателей, светится в темноте. На презентации ботанического чуда разработчики из Bioglow продемонстрировали его свечение нескольким сотням присутствующих.
Чудо-растение
Технология генной модификации открывает широкие границы, однако некоторые исследователи убеждены в том, что это может быть слишком опасно, как для человека, так и для природы. Противников ГМО-продукции сегодня гораздо больше, чем сторонников, но её судьбу решит только время.
ГМО-растение - достижение геннетиков.
Ученые-генетики из компании Bioglow занимаются генными модификациями уже достаточно давно, и их растение, получившее название «аватар», является продуктом нескольких лет кропотливой работы. Добиться столь необычного эффекта для цветка удалось благодаря его генетической модификации с использованием генов морских глубоководных, водорослей.
Растение-аватар.
Свечение, которое производит растение в темноте, естественное, и является обычным явлением с точки зрения процесса фотосинтеза, во всяком случае, для морских растений. Цветок-светильник «аватар» не способен самостоятельно размножаться, более того, у «аватара» нет ни бутонов, ни плодов, так что нарушить естественный баланс природы из-за опыления насекомыми растение не сможет.
Выращивание ГМО-растения.
Использовать растения-«аватары» можно в декоративных целях. Чтобы почитать книгу в темноте, света растения будет недостаточно, но светящееся растение очень красиво смотрится в темноте и может быть использовано для декорирования. Живет «аватар» всего 2-3 месяца, а стоимость одного саженца составляет чуть более 1 доллара США.