Что представляют из себя светящиеся растения

Светящиеся живые растения

Светящиеся растения впервые были придуманы и выращены американскими генетиками из Массачусетского института ещё в 1986 году. В эксперименте участвовали два представителя семейства капустных – водяной кресс и жеруха обыкновенная.

Что представляют из себя светящиеся растения

Для получения эффекта свечения был использован уникальный пигмент люциферин и фермент, частично выведенный из гена светлячков. В ткани растений они попадали с частицами нано-кремния. В водной среде под действием кислорода люцифераза, содержащаяся в гене светлячков, начинает окисляться. В результате химической реакции освобождается энергия, заставляющая кресс и жеруху светиться.

Реакции окисления не приводят к генным модификациям. Процесс происходит в питательной среде с содержанием люциферина, где при высоком давлении светящиеся частицы проникают в растения.

Справка! Учёные утверждают, что такие эксперименты абсолютно безвредны для растительности, не нарушают её нормальной жизнедеятельности. В состав вводимых веществ входит кофермент, выводящий побочные продукты окисления из растений.

Цель такой разработки

Микробиологов привлекли светящиеся кальмары Ватасения, которые используют свет для привлечения партнёров. В местах их скопления поверхность моря превращается в ковёр из переливающихся красивым голубым светом лампочек. Вдохновлённые красотой картинки, учёные решили создать растения, которые станут украшением ночного ландшафта и позволят сэкономить на ночном освещении.

Светящийся табак, названный Starlight Avatar, был создан в 2010 году ещё одной американской лабораторией Александра Кричевского в Сен-Луисе. Приставку Аватар табак получил по названию известного одноимённого фильма. Фантастически светящиеся цветы Пандоры вдохновили микробиологов на новые эксперименты. Созданный Starlight Avatar мог светиться только при условии постоянной подпитки специальным раствором.

Лаборатория биомолекулярной спектроскопии РАН под руководством И. Ямпольского также занимается исследованием и разработкой светящихся растений. По мнению российских учёных массовое создание маловероятно из-за невозможности расшифровать полный путь биосинтеза люциферина. Открытый на сегодняшний день американскими и российскими учёными биосинтез бактериального люциферина тяжело контактирует с растительностью и даёт слабое непродолжительное свечение. Первые образцы светились в течение 45 минут, затем удалось увеличить время до 4-х часов.

На аукционе 2014 года было продано 20 растений табака с очень слабым свечением. Учёные во главе с А. Кричевским надеются расшифровать путь синтеза светящегося пигмента и увеличить яркость своих растений.

Источник

При свете табака

В лаборатории биотехнологов из Института биоорганической химии РАН выросли растения табака, которые осветили все вокруг мягким зеленым светом. На очереди — петуния, затем орхидеи или розы. Один из создателей растений, Илья Ямпольский, рассказал N + 1, как скоро живые светильники появятся в продаже, достаточно ли их света для чтения и почему это не просто игрушка, а новый инструмент для научных исследований.

Как это работает?

Сам эффект называется «биолюминесценция» — это нетепловое свечение в живой системе. Светятся светлячки, некоторые глубоководные рыбы, грибы, бактерии. Свечение происходит благодаря окислению молекул люциферинов ферментом люциферазой. Всего известно около 40 биолюминесцентных систем, включающих семь различных типов люцифераз.

Предоставлено пресс-службой Российского научного фонда

В 2017 году наша группа описала люминесцентную систему грибов. Мы изучили синтез люциферина во вьетнамском светящемся грибе Neonotopanus nambi и выяснили, что грибной люциферин — это 3-гидроксигиспидин, который образуется из кофейной кислоты, обычного метаболита растений, поэтому химический цикл назвали «циклом кофейной кислоты». Через год мы определили все гены, отвечающие за этот процесс, что открыло возможность воспроизвести его в других организмах.

Примерно полгода назад наша группа, в которую вошли ученые из ИБХ РАН, компаний Planta и «Биотрон», впервые получили светящееся растение: вставили в геном табака Nicotiana tabacum гены гриба, которые кодируют ферменты синтеза грибного люциферина (гиспидина) из кофейной кислоты, ген люциферазы и фермент для превращения окисленного люциферина обратно в кофейную кислоту. Растения, которые мы получили, светятся в 10-100 раз ярче «бактериальных». Теперь результаты эксперимента, который поддерживало «Сколково» и РНФ, опубликованы в Nature Biotechnology.

Кофейная кислота есть во всех растениях, поэтому светиться, в принципе, можно заставить любое.

Как ярко?

Разные части растений светятся с разной яркостью. Например, листья выращенных нами растений светились с интенсивностью около 20 миллиардов фотонов в минуту на квадратный сантиметр, а цветы — порядка 30 миллиардов.

Источник

Российские ученые создали растения, светящиеся в темноте

МОСКВА, 28 апр — РИА Новости. Российские ученые создали первые постоянно светящиеся растения. Свойство автолюминесценции у них закодировано на генетическом уровне. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Biotechnology.

Природная биолюминесценция плохо изучена. До недавнего времени полностью был расшифрован только механизм свечения бактерий. Однако попытки создать стабильно светящиеся растения, используя бактериальную систему, не увенчались успехом.

Чуть более года назад ученые российского научного стартапа Планта установили все компоненты, необходимые для биолюминесценции в грибах. Впервые был полностью расшифрован механизм свечения в сложном многоклеточном организме.

В новой работе авторы открытия показывают, что систему люминесценции грибов можно эффективно перенести на растения. Созданные ими растения трансгенного табака светятся, как минимум, в десять раз ярче по сравнению с предыдущими опытами.

Зеленое свечение исходит от листьев, стеблей, корней и цветков, его видно невооруженным глазом, и можно заснять на обычные фотоаппараты и смартфоны. Что немаловажно, устойчивое свечение не мешает растениям нормально расти и развиваться.

«Мы заметили, что метаболизм биолюминесцентных грибов и обычных растений имеет много общего. И теперь успешно перенесли необходимую для свечения ДНК из грибов в растения, создав растения с устойчивым свечением, превосходящим по яркости все предыдущие подходы», — приводятся в пресс-релизе Российского научного фонда, поддержавшего исследования, слова руководителя проекта по гранту РНФ, доктора химических наук, руководителя Отдела биомолекулярной химии в Институте биоорганической химии имени М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН Ильи Ямпольского.

В отличие от других широко используемых типов биолюминесценции, для поддержания стабильного свечения с помощью нового подхода не требуется добавления химических реагентов. Растения, содержащие грибную ДНК, светятся непрерывно на протяжении всего жизненного цикла, с момента прорастания до цветения. Свечение постоянно меняется, может образовывать необычные узоры и волны на листьях растения, позволяя впервые наблюдать внутренние процессы, обычно скрытые от глаз.

«Усиление свечения наблюдается через некоторое время после рассвета и сразу же при переходе к темноте, а если выключить свет на несколько дней, то «волны» свечения еще некоторое время продолжаются по внутренним «биологическим часам» растения. До разработки светящихся растений об изучении динамики метаболизма можно было только мечтать. Новая технология позволяет оценивать фенольный метаболизм в минутных интервалах времени, и получать информацию о локализации процессов с точностью до миллиметров», — говорит один из авторов исследования, директор Ботанического сада МГУ, доктор биологических наук Владимир Чуб.

Ранее ученые выяснили, что грибы для свечения используют вещество фенольной природы — кофейную кислоту, которая также присутствует в растениях. Чтобы появился свет, кофейная кислота должна пройти метаболический цикл с участием четырех ферментов. Два фермента превращают кофейную кислоту в более сложную молекулу, которая затем окисляется третьим ферментом с испусканием фотона — возникает свечение. Еще один фермент превращает продукт реакции обратно в кофейную кислоту, замыкая цикл. Таким образом, для получения светящихся растений, исследователям было достаточно перенести всего четыре гена из грибов в растения.

Авторы проводили эксперимент на двух видах табака, однако, ученые отмечают, что созданная ими система биолюминесценции легко может быть перенесена и в другие растения.

Это открытие, по мнению авторов, найдет широкое применение в науке. Ученые смогут использовать свечение для наблюдения за внутренними процессами в растениях. Также оно может быть использовано для создания светящихся цветов, деревьев и других декоративных растений. Проектом предусмотрено создание коммерческого продукта, так что вполне возможно, что скоро светящиеся в темноте комнатные растения можно будет купить.

Источник



На пороге будущего: ученые создают биолюминесцентные деревья для освещения улиц

В целях экономии энергии порою люди способны на безумные поступки. Кто-то предпочитает проводить ночи в темноте, а другие ищут выход из этой ситуации. И похоже, что американские исследователи нашли его. В скором времени, как они утверждают, улицы городов будут освещать растения. И все это будет происходить без каких-либо энергетических подпиток или трюков.

Откуда взялась такая идея?

Начнем, пожалуй, с того, как и почему ученые из США решили освещать улицы в помощью деревьев. Впервые о том, что источником света может быть вовсе не электричество и даже не солнечная батарея, задумался голландский исследователь и деятель в сфере искусства Даан Розегаарде. Он внимательно изучал медуз, и заметил следующее их качество.

Опускаясь на определенную глубину, где свет сквозь толщу воды практически не пробивается, они начинают светиться. Взяв на пробу частички их тканей, он выявил, что все дело заключается в бактериях, которые способны накапливать свет, пока они его «видят», а потом просто излучать то, что, так сказать, собрали в течение светового дня. Все это происходит без наличия каких-либо батарей, проводов или прочих приспособлений. То есть у природы тоже есть свои «светильники», и нам будет грех их игнорировать, особенно в эпоху исчерпывания ресурсов.

Работы американских ученых

Наблюдения голландца Розегаарде заинтересовали ученых из США, и они решили испытать данную теорию на практике. Как оказалось, те самые бактерии, которые сохраняют свет, а потом выделяют его в экстренных случаях, носят название люциферин. Чаще всего люциферин встречается в морских организмах, как в растениях, так и в животных, но его можно «внедрить» в клетки наземной флоры. Именно этим занялся ученый из Сан-Франциско Энтони Эванс.

Первые успешные шаги

Как ни странно, но у Энтони все эксперименты увенчались успехом. Со своими коллегами он основал проект под названием Glowing (Светящийся) и занялся генной модификацией. Подопытными стали комнатные растения, в ДНК которых внедрялись биолюминисцентные бактерии. Было множество опасений, что эти организмы не приживутся в цветах и кустарниках, но страхи не оправдались, к счастью. Молекулы, пересаженные из морских организмов, синтезировались с клетками комнатных цветов, и те, как по волшебству, засветились в темноте.

Новые виды растений

Параллельно подобные исследования начали проводиться и в Нью-Йорке. В Государственном университете был создан проект Bioglow, в ходе которого модифицировались ДНК представителей вида Nicotinana Tabacum. В результате эксперимента биолюминисцентные бактерии прижились в клетках данных представителей наземной флоры, и цветки в горшках также засветились. Самое интересное, что наиболее яркими стали не листья, а стебли цветов. Это значит, что «несущие свет» частички стремятся синтезировать с более крепкими и стойкими клеточными объединениями.

Европейские нормы

По закону подлости в двух странах Европы — в Испании и Нидерландах, генная модификация запрещена на законном уровне. То есть на родине Даана Розегаарде, который все это придумал, нельзя будет вырастить изначально светящийся цветок, а тем более куст или дерево. Но создатели данной теории нашли выход из положения. Именно поэтому исследователи уверены в том, что в скором времени все улицы мира, а также дома будут освещены с помощью листвы и стволов деревьев, и нам уже не потребуется тратить так много электричества и оплачивать бешеные счета.

Какой выход был найден?

Биологами из Европы была разработана специальная биологическая краска, в основе которой лежат те самые биолюминисцентные бактерии. Ею можно окрасить листву и ветки деревьев, кустов, цветов и прочих растений, и они смогут светиться в темноте. Даже при отсутствии солнца днем, после наступления вечера растения смогут излучать свет на протяжении восьми часов.

Источник

Биолюминесценция: можно ли использовать светящиеся растения

Прежде всего это красиво. Есть тут нечто, задевающее самые глубокие струны души – недаром светящиеся деревья «Аватара» оставляют такое сильное и долгое впечатление. Наконец, это удобно: растения самостоятельно производят энергию, прекрасно адаптированы к уличным условиям и сами восстанавливаются при повреждениях. Недаром стартап Glowing Plant, который несколько лет назад искал 65 тыс. долларов на создание биолюминесцентных растений, стремительно набрал почти полмиллиона. «Такое сочетание простоты, фантастичности и реализуемости встречается редко, – объяснил успех основатель Glowing Plant Энтони Эванс. – 99% людей считают, что такого не бывает. На самом деле это уже в определенной степени факт».

Действительно, в природе существует множество различных биолюминесцентных систем, которые независимо развились у бактерий и грибов, кишечнополостных и членистоногих. Нужно заставить работать такую систему (обычно она включает фермент люциферазу и необходимые для ее работы молекулы люциферина) в растении и при этом не вредить ему. Задача понемногу решается: ген люциферазы светлячков был внесен в растения табака еще в 1980-х. А в 2010 году биологам из Кембриджа удалось использовать весь «светоносный комплекс» светлячка, получив стабильно светящиеся ГМ-бактерии. Повторить работу для растений – для невзрачной на вид, но прекрасно изученной генетиками резуховидки Таля – и собирался Энтони Эванс.

Путь генов

Уверенности стартапу придавала и другая работа 2010 года. В ней Александр Кричевский описал получение ГМ-растений табака, хлоропласты которых содержат шесть генов «светящегося» lux-оперона фотобактерий. Кричевский основал собственную компанию, которая торгует побегами биолюминесцентной линии с названием, отсылающим к деревьям из того же «Аватара» – Starlight Avatar Celestine. Это единственное светящееся растение, которое можно купить сегодня, хотя оно не отличается ни яркостью, ни даже жизнестойкостью. Обещается, что растения проживут 2–3 месяца и «будут различимо светиться в темноте в течение всего этого срока». Энтони Эванс решил, что у него получится решить эти проблемы.

Специалистам его обещания показались чересчур самонадеянными, однако публике идея понравилась. Начав кампанию по сбору средств на платформе Kickstarter, Эванс пообещал всем вложившимся семена светящейся резуховидки, как только те будут получены. Удачный ход позволил привлечь больше 480 тыс. долларов: денег оказалось достаточно, и стартап проработал несколько лет, прежде чем Эванс признал, что технические проблемы его команда решить не в состоянии. Перенесение целой группы генов в нужные участки хромосом в ядре такого сложного организма остается пока невыполнимой задачей.

Путь наночастиц

Другой подход удалось нащупать в том же 2010 году – когда-нибудь эта дата будет особо отмечена в истории создания светящихся растений. Тогда Су Яньсюнь и его коллеги из исследовательского центра RCAS на Тайване искали подходы к усовершенствованию светодиодов и изучали поведение золотых наночастиц в форме сфер с длинными иглами – что-то вроде морских ежей диаметром от 11 до 80 нм. Возникающий на их сложной поверхности плазмонный резонанс позволяет на порядки усилить флуоресцентный сигнал, в том числе и слабое естественное свечение хлорофилла, вызванное взаимодействием с фотонами определенной длины волны.

Доставить наночастицы в растение проще, чем гены: тайваньские физики просто поместили водоросль в раствор на несколько дней. Оказавшись в клетке, золотые «ежи» улавливали ультрафиолетовые фотоны и переизлучали их, заставляя хлорофилл испускать слабое красное свечение. Идею подхватили по другую сторону океана, в лаборатории Майкла Страно, найдя новый и, возможно, самый многообещающий путь к получению биолюминесцентных растений.

Путь синтеза

Профессор Массачусетского технологического института Майкл Страно уверен в успехе не меньше предшественников. «Наша цель – разовая обработка саженца или взрослого растения, которая будет иметь эффект в течение всей его жизни», – сказал он, комментируя разошедшиеся по интернету снимки светящихся листьев жерухи, родственника кресс-салата. Ведь если путь генов требует новых ГМ-растений, то наночастицы способны проникнуть в уже растущие по бульварам деревья. И если у нас не получается перенести сами гены, то можно вооружиться уже готовым биолюминесцентным комплексом молекул.

Демонстрируя новый подход, Страно и его коллеги вымачивали растения в растворе наночастиц, содержащих люциферазу и необходимые ей вещества – люциферин и кофермент А. По мере высвобождения реагентов в листьях шло окисление: варьируя структуру наночастиц, ученые контролировали темп этого процесса и добились четырех часов непрерывного излучения. Конечно, о деревьях-фонарях речи пока не идет: 10-сантиметровое растение производит менее 0,5 мкВт – на порядки меньше, чем нужно для чтения. Однако ученые полны уверенности, что новый путь приведет их к растениям, ярко светящимся всеми цветами.

В самом деле, в природе существует много биолюминесцентных систем, а не так давно биохимики ИБХ РАН синтезировали и пару искусственных аналогов, реакции которых сопровождаются испусканием излучения разных цветов. И если задача перенесения биолюминесцентного комплекса будет решена, то мы сможем получать живые светильники практически любого нужного оттенка. Сияющий огнями ночной лес затмит картины «Аватара», хотя и настольная лампа из светящихся листьев обязательно заденет самые глубокие струны души.

Максим Дубинный, научный сотрудник лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии ИБХ РАН

«Создание автономно биолюминесцентного растения или животного – задача намного более сложная, чем разработка ГМ-организмов, по поводу которых сейчас идет увлеченная дискуссия. В нашей команде под руководством Ильи Ямпольского эта тема была возвращена несколько лет назад практически из забытья. Зато теперь у нас почти готовы новые яркие результаты, о которых не стоит говорить подробнее до выхода научных публикаций. Могу сказать только одно: они уже светятся».

Источник

Что представляют из себя светящиеся растения

Светящиеся живые растения

Светящиеся растения впервые были придуманы и выращены американскими генетиками из Массачусетского института ещё в 1986 году. В эксперименте участвовали два представителя семейства капустных – водяной кресс и жеруха обыкновенная.

Что представляют из себя светящиеся растения

Для получения эффекта свечения был использован уникальный пигмент люциферин и фермент, частично выведенный из гена светлячков. В ткани растений они попадали с частицами нано-кремния. В водной среде под действием кислорода люцифераза, содержащаяся в гене светлячков, начинает окисляться. В результате химической реакции освобождается энергия, заставляющая кресс и жеруху светиться.

Реакции окисления не приводят к генным модификациям. Процесс происходит в питательной среде с содержанием люциферина, где при высоком давлении светящиеся частицы проникают в растения.

Справка! Учёные утверждают, что такие эксперименты абсолютно безвредны для растительности, не нарушают её нормальной жизнедеятельности. В состав вводимых веществ входит кофермент, выводящий побочные продукты окисления из растений.

Цель такой разработки

Микробиологов привлекли светящиеся кальмары Ватасения, которые используют свет для привлечения партнёров. В местах их скопления поверхность моря превращается в ковёр из переливающихся красивым голубым светом лампочек. Вдохновлённые красотой картинки, учёные решили создать растения, которые станут украшением ночного ландшафта и позволят сэкономить на ночном освещении.

Светящийся табак, названный Starlight Avatar, был создан в 2010 году ещё одной американской лабораторией Александра Кричевского в Сен-Луисе. Приставку Аватар табак получил по названию известного одноимённого фильма. Фантастически светящиеся цветы Пандоры вдохновили микробиологов на новые эксперименты. Созданный Starlight Avatar мог светиться только при условии постоянной подпитки специальным раствором.

Лаборатория биомолекулярной спектроскопии РАН под руководством И. Ямпольского также занимается исследованием и разработкой светящихся растений. По мнению российских учёных массовое создание маловероятно из-за невозможности расшифровать полный путь биосинтеза люциферина. Открытый на сегодняшний день американскими и российскими учёными биосинтез бактериального люциферина тяжело контактирует с растительностью и даёт слабое непродолжительное свечение. Первые образцы светились в течение 45 минут, затем удалось увеличить время до 4-х часов.

На аукционе 2014 года было продано 20 растений табака с очень слабым свечением. Учёные во главе с А. Кричевским надеются расшифровать путь синтеза светящегося пигмента и увеличить яркость своих растений.

Источник

При свете табака

В лаборатории биотехнологов из Института биоорганической химии РАН выросли растения табака, которые осветили все вокруг мягким зеленым светом. На очереди — петуния, затем орхидеи или розы. Один из создателей растений, Илья Ямпольский, рассказал N + 1, как скоро живые светильники появятся в продаже, достаточно ли их света для чтения и почему это не просто игрушка, а новый инструмент для научных исследований.

Как это работает?

Сам эффект называется «биолюминесценция» — это нетепловое свечение в живой системе. Светятся светлячки, некоторые глубоководные рыбы, грибы, бактерии. Свечение происходит благодаря окислению молекул люциферинов ферментом люциферазой. Всего известно около 40 биолюминесцентных систем, включающих семь различных типов люцифераз.

Предоставлено пресс-службой Российского научного фонда

В 2017 году наша группа описала люминесцентную систему грибов. Мы изучили синтез люциферина во вьетнамском светящемся грибе Neonotopanus nambi и выяснили, что грибной люциферин — это 3-гидроксигиспидин, который образуется из кофейной кислоты, обычного метаболита растений, поэтому химический цикл назвали «циклом кофейной кислоты». Через год мы определили все гены, отвечающие за этот процесс, что открыло возможность воспроизвести его в других организмах.

Примерно полгода назад наша группа, в которую вошли ученые из ИБХ РАН, компаний Planta и «Биотрон», впервые получили светящееся растение: вставили в геном табака Nicotiana tabacum гены гриба, которые кодируют ферменты синтеза грибного люциферина (гиспидина) из кофейной кислоты, ген люциферазы и фермент для превращения окисленного люциферина обратно в кофейную кислоту. Растения, которые мы получили, светятся в 10-100 раз ярче «бактериальных». Теперь результаты эксперимента, который поддерживало «Сколково» и РНФ, опубликованы в Nature Biotechnology.

Кофейная кислота есть во всех растениях, поэтому светиться, в принципе, можно заставить любое.

Как ярко?

Разные части растений светятся с разной яркостью. Например, листья выращенных нами растений светились с интенсивностью около 20 миллиардов фотонов в минуту на квадратный сантиметр, а цветы — порядка 30 миллиардов.

Источник



Светящиеся растения: генная инженерия или наночастицы?

Интернет пестрит новостями о том, что американские ученые при помощи генной инженерии создали светящиеся растения. Многочисленные сайты, в том числе довольно популярные ресурсы проводят аналогию с фильмом «Аватар» и выдвигают предположения о том, что светящиеся растения скоро будут выступать вместо светильников.

Однако стоит отметить, что широкое распространение таких растений и получения от них достаточно яркого света — все еще в отдаленном будущем.

Краткая история светящихся растений

1986 год

Первый эксперимент по люминесцентным растениям был проведен в 1986 году группой американских ученых и исследователей.

В качестве добавочного (репортерного) гена была использована люцифераза, которая необходима для реакции биолюминесценции у многих живых организмов — например, светлячка Photinus pyralis — и получила растение, которое благодаря добавлению люциферина (субстрата реакции) и АТФ (аденозин трифосфат), продуцирует тусклый свет.

Первая часть эксперимента была направлена на проверку активности гена люциферазы, ответственного за синтез luciferase enzyme, в растительных клетках. Конструкцию комплементарной ДНК (кДНК) вводили в протопласты — свободные от стенок клетки. Daucus carota через электропорацию. В ходе эксперимента были протестированы различные конструкции ДНК, проверенные, чтобы понять, какой из них наиболее эффективен.

Исследователи заметили, что конструкция (pDO432), содержащая весь ген люциферазы, плюс промотор и терминатор nos, была наиболее эффективной для трансформации.

Конструкцию pDO432 вставляли в плазмиду, которая вводилась в протопласты с электропорацией. Через 24 часа ученые проанализировали результаты с помощью люминометра и наблюдали испускание тусклого света, когда они добавляли люциферин в качестве реакционного субстрата. Но без реагента они не могли обнаружить никакой люминесценции.

Кроме того, растение светилось неравномерно. Корни и стебли показали большую интенсивность света, чем листья. Более молодые органы излучали больше света, чем более старые.

Эксперименты, проведенные в 1986 году, были актуальны не только для автолюминесцентных растений, но и для исследования ДНК и экспрессии генов. Люцифераза была использована во многих исследованиях, в качестве гена — маркера.

Эксперимент 1986 года помогло обнаружить активность люциферазы в растениях, а также позволило кодифицировать излучение света как маркер. Однако у него есть два основных недостатка: количество света было слишком низким для обнаружения невооруженным глазом (исследователи использовали люминометр), плюс для получения люминесценции требовалось добавление реагента.

2010 год

В 2009 году вышел фильм «Аватар». Возможно, вдохновившись фантастически красивыми светящимися растениями Пандоры ученые вновь вернулись к попыткам получения светящихся растений. Но скорее всего это произошло за счет снижения стоимости технологий. По данным Национального научно-исследовательского института генома человека затраты на секвенирование ДНК быстро снижаются. В 2001 году цена базовой пары составляла 10 000 $, в 2011 году — всего 0,1 $.

Это означает, что цена на чтение и запись ДНК-последовательностей упала сто тысяч раз за десять лет. Синтетическая биология выиграла от этого: более низкие затраты стали причиной появления многих стартапов, направленных на применение этой новой технологии в таких областях, как биотопливо, здравоохранение, питание и многое другое. Одним из проектов, которые сейчас возможны благодаря биотехнологиям, является разработка светящихся растений.

В 2010 году группа ученых провела эксперимент с целью получения полного автолюминесцентного растения, то есть растения, способного светиться без применения реагентов. Ученые использовали механизм биолюминесценции морских бактерий P. leiognathi . Они вставили опероны, отвечающие за люминисценцию в геном хлоропластов табака Nicotiana tabacum и сумели создать первое автолюминесцентное растение, содержащее бактериальную люциферазу и способное излучать свет, видимый невооруженным глазом. Впервые было доказано, что высшее растение способно воспроизводить сложный ферментативный путь, происходящий из удаленного, неродственного организма ( P. leiognathi — это прокариот).

Исследования, проведенные в 2010 году, достигли важного результата: впервые было получено автолюминесцентное растение, свет которого был замечен невооруженным глазом в темноте. Потенциальные возможности этого эксперимента многочисленны и в значительной степени еще не изучены. Ученые поняли, что механизм, позволяющий растениям табака приобретать биолюминесценцию, типичную для морской бактерии, распределяется между всеми растительными видами. Следовательно, один и тот же процесс может быть применен к другим растениям. Учитывая, что световая эмиссия может быть изменена с использованием разных промоторов и что цвет может быть изменен, а также части растения, на котором выражена люминесценция, ожидается, что эти исследования будут способствовать созданию большого числа новых видов в растениеводстве.

Доктор Александр Кричевский является одним из исследователей, участвовавших в эксперименте на аутолюминесцентном табаке в 2010 году. Следовательно, к достижениям он применил ту же процедуру к Nicotiana alata и другим растениям в пределах одной семьи с целью производства автолюминесцентных растений. Он сотрудничал с предпринимателем Талем Эйдельбергом, и вместе они основали стартап Bioglow , который в 2013 году коммерциализировал первое автолюминесцентное растение под названием Starlight Avatar.

Особенности этого растения сопоставимы с табачным растением, полученным в результате экспериментов. Идеальная температура для его роста составляет около 25 ° C, она предназначена для помещений и средняя продолжительность жизни составляет от двух до трех месяцев. В настоящее время команда исследователей Bioglow Tech, ныне компания Gleaux работает над новым поколением автолюминесцентных растений.

У них есть две основные цели: улучшение светового излучения и разработка новых сортов с различными видами и различного цвета люминесценции.

Нельзя сказать насколько хорошо прошла монетизация проекта. Каждый мог купить светящийся табак Celestine™ на сайте http://gleaux.us/welcome-to-gleaux/ всего за $ 59.99. Срок жизни светящегося растения 2-3 месяца. Возможно, короткий срок жизни и трудности с выживанием генномодифицированных ростков стали причиной того, что светящиеся растения не появились на каждом подоконнике. В официальных пабликах кампании последние записи датируются июлем 2017 года. И сообщают о том, что светящемуся растению не нравятся летние месяцы (слишком тепло). И что компания ищет новые способы отправки растения в горшках.

В данный момент попытки оформить заказ на сайте заканчиваются неудачей.

Все фотографии полученного в 2010 году светящегося растения делаются на высокой выдержке и свет, получаемый от растений достаточно тусклый. Его явно не хватит для чтения или выполнения работ. Celestine ™ может выполнять только декоративную функцию.

2013 год

Светящиеся растения — это организация, финансируемая в Калифорнии в 2013 году Энтони Эвансом и Кайлом Тейлором. Их отправной точкой стал эксперимент 2010 года.

В 2013 был также разработан проект, организованный Кембриджским университетом и названный iGEM. Исследователи ввели гены, ответственные за люминесценцию в светлячке, в бактерии Escherichia coli. Впоследствии они вставили оперон, взятый из морских бактерий под названием Vibrio fischeri, в другую кишечную палочку.

Результаты показали, что света было достаточно, чтобы позволить считывать текст, используя только бактерии в качестве источника света. Самое главное, им удалось получить разные цвета люминесценции.

У Эванса и Тейлора была идея объединить результаты к эксперимента, проведенного над табаком — с проектом iGEM, с целью создания растения светящегося без реагентов и максимального увеличения яркости их света.

В апреле 2013 года они начали онлайн-сбор средств, используя сайт kickstarter , чтобы финансировать производство светящихся растений, и собрали почти полмиллиона долларов. Пять месяцев спустя они основали организацию Glowing plant. Цель состояла в том, чтобы принести пользу окружению, которое росло вокруг них и их продукта, монетизировать продукт, и тем самым получить средства на продолжение ислледования, чтобы еще больше улучшить люминесценцию и разработать новые продукты. Они получили 120 000 долларов, финансируемых Y Conbinator, организацией людей, которые решили создать резервные копии стартапов, в которых они видят потенциал. Люди вкладывали деньги, ожидая получить семена и саженцы светящихся растений. На сайте glowingplant.com (в данный момент сайт не доступен) должен был появиться интернет-магазин, торгующий семенами и саженцами автолюминесцентных растений (Arabidopsis thaliana) и наборы для разработчиков для тех, кто хотел бы попробовать и воспроизвести эксперимент самостоятельно и получить свои собственные автолюминесцентные растения.

Но светящиеся растения, обещанные инвесторам, так и появились на свет. По крайней мере в массовом варианте. Ученым не удалось оправдать все ожидания и достичь результата, который можно было бы монетизировать. Однако им удалось создать платформу для обеспечения более дешевой, быстрой и лучшей генной инженерии растений. Как отмечает Эванс — если кто-то может и хочет продолжить исследования, его компания с радостью поделиться результатами.

«Одна из самых главных причин прекращения разработки, заключается в том, что нам не удалось встроить все шесть генов в растение. Пока неясно, вызвано ли это токсичностью генов или проблемами с правильным встраиванием такой большой конструкции. Мы думаем, что вторая гипотеза более вероятна, поэтому мы надеемся, что кто-то еще будет заинтересован в попытках вставить гены. Если вы заинтересованы в том, чтобы взять ДНК, которую мы создали, и работать над преобразованиями, пожалуйста, свяжитесь с нами antony@glowingplant.com, чтобы мы могли отправить его вам. Мы надеемся, что кто-то еще сможет продолжить исследования, опираясь на то, что мы сделали.»

На сайте проекта Kikstarter. Была размещена новость, что работа над светящимся растением приостановлена. https://www.kickstarter.com/projects/antonyevans/glowing-plants-natural-lighting-with-no-electricit/posts/1786250

Здесь же можно найти ответы на вопросы инвесторов по поводу возмещения инвестиций или условий получения набора для самостоятельного продолжения работ. Анонсировано новое направление разработок компании — ароматный мох. Предполагалось, что этот мох сможет заменить искусственные освежители воздуха.

Мох намного проще, чем растение Arabidopsis, которое команда использовала для создания светящегося растения. У мха также более простой геном и более короткий жизненный цикл, который сокращает время, необходимое для проведения экспериментов.

Но не все инвесторы, судя по комментариям https://www.kickstarter.com/projects/antonyevans/glowing-plants-natural-lighting-with-no-electricit/posts/1786250 довольны тем, что вместо светящегося растения они получат ароматный мох. Эванс надеется, что разработка может быть интересна крупным парфюмерным компаниям.

Как признает Эванс: «Было неправильно обещать что-то, когда существуют такие высокие технические риски».

Последние записи на kickstarter датируютя июнем 2017 года. В частности, в них сообщаются, что разработки ароматного мха тоже приостановлены, т.к. имеющийся у компании в производстве мох загрязнен генами устойчивости к гербицидам.

2017 год

  1. Май. Китайские ученые также получили светящиеся растения. Выделив отвечающие за биолюминесценцию генетические последовательности из светящихся морских существ, а затем интегрировав их в геном табака.
  2. Декабрь. Ученым из Массачусетского технологического института удалось заставить некоторые растения светиться.

Но в MIT (команда Майкла Страно.) методика совершенно иная. Если команда Glowing Plants (команда Эванса) 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.

Ванна для введения наночастиц через устьичные щели растений при повышенном давлении.

Цель — заменить при помощи растений настольные светильники и уличные фонари. Что позволит экономить огромное количество электроэнергии.

Светящиеся растения ещё не появились, но у их появления уже есть противники.

После проекта Эванса Kickstarter изменил свою политику, и больше не будет позволять поддерживать финансирование проектов, связанных с генетически модифицированными организмами. Это было связано с давлением компаний по защите природы.

Группа противников синтетической биологии из Канады даже запустила ответную кампанию «kickstopper», призванную остановить этот проект.

И, возможно, не безосновательно. Неконтролируемое появление светящихся растений может привести к серьезным нарушениям экосистемы планеты. Пока сложно предугадать к каким именно, но если немного пофантазировать, то можно представить, что, например, массовое появление светящихся растений в природных условиях может привести к нарушению привычного ритма дня и ночи у обычных животных и растений. Поставить под угрозу вымирания некоторые виды ночных животных. Или вызвать нарушения процесса фотосинтеза у растений. Что в последствии может привести к изменению состава атмосферы Земли.

Даже инвесторам закрывшегося проекта Эванса, чтобы получить от TAXA набор для разработчиков с целью самостоятельного проведения опытов. Нужно получить разрешение от USDA (Министерство сельского хозяйства США. Контролирующая область ГМО растений).

Источник

Светящиеся растения: экономия на освещении улиц и стильный ландшафтный дизайн

Собака Баскервилей, своим светящимся в темноте оскалом доведшая до смерти сэра Чарльза Баскервиля и чуть было не уморившая Генри Баскервиля в романе Артура Конан Дойла, была обыкновенной собакой. Светилась она только благодаря злому умыслу и фосфору на морде. Однако живые организмы, самостоятельно светящиеся в темноте, действительно существуют.

Учёные пытаются создать светящиеся растения

Учёные пытаются создать светящиеся растения

Бактерии, медузы, моллюски, планктон, светлячки, скорпионы, грибы (в том числе и привычные опята). Сегодня учёным известно более восьми сот светящихся живых организмов. Большинство из них обитает в морях и океанах. Но вот представителей царства Флоры, обладающих способностью к биолюминесценции, учёные пока не обнаружили. Однако человек не привык ждать милостей от Природы: если она по какой-то причине «не додумалась» сделать светящиеся растения, «венец творения» готов сам взяться за это дело.

«Bioglow» – компания, создавшая концепт светящегося растения

В природе нет светящихся растений, потому что растения не нуждаются в биолюминесценции. В микромире свечение – это побочное явление при пищеварении: нейтрализация активного кислорода ферментами бактерий при расщеплении глюкозы. Светлячки и маленькие кальмары-ватазении используют свет для привлечения партнёров, медузы – в качестве шоковой защиты от тех, кто пытается их съесть.

Светящийся от планктона океан

Светящийся от планктона океан

Также есть охотники, привлекающие своих жертв свечением собственного тела. А некоторые виды глубоководных кораллов, по мнению учёных, способны слабый коротковолновый свет, проникающий в глубину, трансформировать в более яркие вспышки. Это явление используется как фитоподсветка для возможности фотосинтеза симбиотических колоний водорослей, живущих в коралловых зарослях.

Растениям светиться ни к чему. Поэтому потребовалось вмешательство генной инженерии, десятилетия работы и солидные капиталовложения. Хлоропласты растений – полуавтономные пластиды, существующие в симбиозе с растениями. Согласно гипотезе, когда-то они были самостоятельными, как и родственные хлоропластам цианобактерии, способные к свечению. Александр Кричевский (Сент-Луис, США) – специалист в двух областях: изучении явления биолюминесценции морских бактерий и микробиологии растений. У учёного возникла мысль об объединении двух хорошо знакомых ему дисциплин, что он и сделал, создав биотехнологическую компанию «Bioglow, Inc».

Starlight Avatar: воплощение звездного света

Компанией Александра Кричевского был создан концепт светящегося растения – «Starlight Avatar®».

Starlight Avatar - светящееся растение табака. Фото с сайта bioglowtech.com

Starlight Avatar — светящееся растение табака. Фото с сайта bioglowtech.com

Свечение Starlight Avatar (растения табака) основано на внедрении в геном растения части гена светлячка – молекулы люциферазы. Чтобы Starlight Avatar светился, необходим катализатор – реакция свечения происходит при окислении люциферазы под действием кислорода в присутствии фермента люциферина. Люциферин содержался в питательной среде, в которой выращивалось растение.

Свечение нового поколения генно-модифицированных растений (слева) в сравнении с Starlight Avatar (справа). Фото с сайта bioglowtech.com

Свечение нового поколения генно-модифицированных растений (слева) в сравнении с Starlight Avatar (справа). Фото с сайта bioglowtech.com

В 2014 году на аукционе компанией Bioglow было продано двадцать экземпляров светящихся Starlight Avatar, растущих в специальных контейнерах. Пока этот свет очень слабый, но лаборатория Александра Кричевского работает над увеличением яркости.

Пока – из области фантастики

В планах Bioglow – создание растений, которые не только смогут украсить ландшафт ночью, но и помогут сэкономить на уличном освещении. Но пока светящиеся растения – это из области фантастики. Starlight Avatar испускает свет, только если его поливать соответствующим раствором.

Российские учёные, работающие над исследованием биолюминесценции и созданием самостоятельно светящихся растений в лаборатории биомолекулярной спектроскопии Института биоорганической химии Российской Академии наук под руководством Ильи Ямпольского, считают, что пока ещё рано планировать клумбы на своих участках с учётом светящихся в темноте роз или пионов и выкорчёвывать живую изгородь, чтобы поменять её на светящуюся.

Они называют биолюминесценцию растений одним из самых амбициозных проектов: «Идеальный вариант, который пока не удался никому, включает в себя расшифровку всего пути биосинтеза люциферина, который может быть многоэтапным процессом с участием большого числа белков. Потом – встраивание в геном другого организма генов, кодирующих все эти белки и люциферазу. На данный момент расшифрован биосинтез только бактериального люциферина, однако эта система тяжело адаптируется к растениям и животным. И реализация такого подхода представляется маловероятной».

Дорожка со светящимся гравием. Фото с сайта passages-ivm.com

Дорожка со светящимся гравием. Фото с сайта passages-ivm.com

Семян светящихся цветов пока ещё купить нельзя (если вы, конечно, не заплатили 40 $ за гипотетическую возможность получить семена генно-модифицированной резуховидки Таля в краудфандинговом проекте GLOWING PLANTS). Но не расстраивайтесь: зато можно приобрести искусственные светящиеся камни – для декора дорожек на своём участке, создания альпийских горок, видимых и в темноте, и даже для отделки фасада дома. Ну, или на крайний случай – хотя бы для декорирования аквариума.

Источник

Светящиеся растения: экономия на освещении улиц и стильный ландшафтный дизайн

Собака Баскервилей, своим светящимся в темноте оскалом доведшая до смерти сэра Чарльза Баскервиля и чуть было не уморившая Генри Баскервиля в романе Артура Конан Дойла, была обыкновенной собакой. Светилась она только благодаря злому умыслу и фосфору на морде. Однако живые организмы, самостоятельно светящиеся в темноте, действительно существуют.

Учёные пытаются создать светящиеся растения

Учёные пытаются создать светящиеся растения

Бактерии, медузы, моллюски, планктон, светлячки, скорпионы, грибы (в том числе и привычные опята). Сегодня учёным известно более восьми сот светящихся живых организмов. Большинство из них обитает в морях и океанах. Но вот представителей царства Флоры, обладающих способностью к биолюминесценции, учёные пока не обнаружили. Однако человек не привык ждать милостей от Природы: если она по какой-то причине «не додумалась» сделать светящиеся растения, «венец творения» готов сам взяться за это дело.

«Bioglow» – компания, создавшая концепт светящегося растения

В природе нет светящихся растений, потому что растения не нуждаются в биолюминесценции. В микромире свечение – это побочное явление при пищеварении: нейтрализация активного кислорода ферментами бактерий при расщеплении глюкозы. Светлячки и маленькие кальмары-ватазении используют свет для привлечения партнёров, медузы – в качестве шоковой защиты от тех, кто пытается их съесть.

Светящийся от планктона океан

Светящийся от планктона океан

Также есть охотники, привлекающие своих жертв свечением собственного тела. А некоторые виды глубоководных кораллов, по мнению учёных, способны слабый коротковолновый свет, проникающий в глубину, трансформировать в более яркие вспышки. Это явление используется как фитоподсветка для возможности фотосинтеза симбиотических колоний водорослей, живущих в коралловых зарослях.

Растениям светиться ни к чему. Поэтому потребовалось вмешательство генной инженерии, десятилетия работы и солидные капиталовложения. Хлоропласты растений – полуавтономные пластиды, существующие в симбиозе с растениями. Согласно гипотезе, когда-то они были самостоятельными, как и родственные хлоропластам цианобактерии, способные к свечению. Александр Кричевский (Сент-Луис, США) – специалист в двух областях: изучении явления биолюминесценции морских бактерий и микробиологии растений. У учёного возникла мысль об объединении двух хорошо знакомых ему дисциплин, что он и сделал, создав биотехнологическую компанию «Bioglow, Inc».

Starlight Avatar: воплощение звездного света

Компанией Александра Кричевского был создан концепт светящегося растения – «Starlight Avatar®».

Starlight Avatar - светящееся растение табака. Фото с сайта bioglowtech.com

Starlight Avatar — светящееся растение табака. Фото с сайта bioglowtech.com

Свечение Starlight Avatar (растения табака) основано на внедрении в геном растения части гена светлячка – молекулы люциферазы. Чтобы Starlight Avatar светился, необходим катализатор – реакция свечения происходит при окислении люциферазы под действием кислорода в присутствии фермента люциферина. Люциферин содержался в питательной среде, в которой выращивалось растение.

Свечение нового поколения генно-модифицированных растений (слева) в сравнении с Starlight Avatar (справа). Фото с сайта bioglowtech.com

Свечение нового поколения генно-модифицированных растений (слева) в сравнении с Starlight Avatar (справа). Фото с сайта bioglowtech.com

В 2014 году на аукционе компанией Bioglow было продано двадцать экземпляров светящихся Starlight Avatar, растущих в специальных контейнерах. Пока этот свет очень слабый, но лаборатория Александра Кричевского работает над увеличением яркости.

Пока – из области фантастики

В планах Bioglow – создание растений, которые не только смогут украсить ландшафт ночью, но и помогут сэкономить на уличном освещении. Но пока светящиеся растения – это из области фантастики. Starlight Avatar испускает свет, только если его поливать соответствующим раствором.

Российские учёные, работающие над исследованием биолюминесценции и созданием самостоятельно светящихся растений в лаборатории биомолекулярной спектроскопии Института биоорганической химии Российской Академии наук под руководством Ильи Ямпольского, считают, что пока ещё рано планировать клумбы на своих участках с учётом светящихся в темноте роз или пионов и выкорчёвывать живую изгородь, чтобы поменять её на светящуюся.

Они называют биолюминесценцию растений одним из самых амбициозных проектов: «Идеальный вариант, который пока не удался никому, включает в себя расшифровку всего пути биосинтеза люциферина, который может быть многоэтапным процессом с участием большого числа белков. Потом – встраивание в геном другого организма генов, кодирующих все эти белки и люциферазу. На данный момент расшифрован биосинтез только бактериального люциферина, однако эта система тяжело адаптируется к растениям и животным. И реализация такого подхода представляется маловероятной».

Дорожка со светящимся гравием. Фото с сайта passages-ivm.com

Дорожка со светящимся гравием. Фото с сайта passages-ivm.com

Семян светящихся цветов пока ещё купить нельзя (если вы, конечно, не заплатили 40 $ за гипотетическую возможность получить семена генно-модифицированной резуховидки Таля в краудфандинговом проекте GLOWING PLANTS). Но не расстраивайтесь: зато можно приобрести искусственные светящиеся камни – для декора дорожек на своём участке, создания альпийских горок, видимых и в темноте, и даже для отделки фасада дома. Ну, или на крайний случай – хотя бы для декорирования аквариума.

Источник

Adblock
detector