Вечное сияние флоры

Как работают российские биолюминесцентные растения

Российские ученые впервые создали живые растения, испускающие в темноте ровное и мягкое свечение в течение всей своей жизни. О том, как был реализован этот проект рассказали эксперты компании «Планта», резидента Фонда «Сколково».

Восприятие света

Интенсивность освещения и его цвет влияют на настроение человека и его работоспособность. Только за счет правильно подобранной подсветки на рабочем месте эффективность работника может вырасти на четверть, а время на работу — сократиться на треть.

Ученые установили, что красный цвет ассоциируется с опасностью и потому мобилизует психические ресурсы человека, но может привести к нервозности. А зеленый и синий цвета, напротив, действуют на психику успокаивающе.

Раньше для создания комфортного освещения использовали цветные лампочки, сейчас же появился более интересный вариант: светящиеся цветы. Первые успешные шаги в этом направлении появились еще в 1980-х годах — тогда растениям табака добавили ген люциферазы светлячков. А в 2010 году биологи из Кембриджа смогли получить стабильно светящиеся бактерии на основе генов все тех же насекомых.

Были эксперименты и с другими растениями, однако эти разработки не дошли до этапа коммерческого использования. Ученым не удавалось сделать свечение устойчивым и достаточно интенсивным для какого-либо практического применения.

Свет российской науки

Российские ученые пошли совершенно иным путем и создали первую технологию, позволяющую придавать практически любому организму возможность светиться в темноте. Сотрудники компании «Планта», резидента Фонда «Сколково», использовали в своих опытах не светлячков, а биолюминесцентные грибы. Они выяснили, что отвечающее за свечение вещество есть как в этих грибах, так и в любых растениях. С одной лишь разницей: у других видов оно используется для строительства клеточных стенок и не превращается в молекулы, отвечающие, собственно, за свечение. Поняв, как вещество производится в клетках грибов, ученые воссоздали его биосинтез в клетках растений в течение всей жизни. Процесс не требует добавления каких-либо веществ в растения извне. А яркость свечения отражает также активность здорового растительного метаболизма.

«Разработка является уникальной как по набору научных манипуляций, так и по эффективности конечного продукта. Это классические ГМО-растения, организмы, подвергшиеся генной модификации. Но добиться эффекта свечения такого качества не удалось никому»

директор по развитию агробиотех-направления кластера биомедицинских технологий Фонда «Сколково» Наталья Крашенинник.

Чтобы заставить растение светиться, не нужен масштабный трансфер генов. Ведь ответственная за свет молекула — кофейная кислота — должна всего лишь пройти метаболический цикл с четырьмя ферментами. Сама кофейная кислота является частью биомассы растений — лигноцеллюлозы, поэтому нужно лишь добавить к ней активирующие ферменты.

«Растения светятся не так ярко, как лампочки — скорее как яркие звезды. Достаточно яркие, чтобы фотографировать их на телефон, но читать под их светом уже будет затруднительно. Наш первый продукт — светящаяся в темноте петуния, горшечное растение, которое можно выращивать в квартирах»

сооснователь «Планты» Карен Саркисян.

Именно петуния станет первым коммерческим продуктом компании. Она испускает равномерное зеленое свечение, приятное глазу и имеющее успокаивающий эффект. Растение светится целиком — от корней до соцветий, при этом работает такая природная «лампочка» весь период вегетации, то есть, пока цветок жив.

В свете будущего

Ученые уже установили, что свечение и метаболизм растений тесно связаны. Поэтому, теоретически, биолюминесценция может также отражать состояние и реакцию на окружающую среду. Так, спелая банановая кожура выделяет растительный гормон этилен, который усиливает активность веток растительного метаболизма, связанных со способностью растений светиться. Поэтому рядом с ней растения будут «гореть» ярче. Дальнейшие исследования в этом направлении позволят использовать светящиеся цветы для экологического мониторинга. При этом сами они безопасны для экосистемы.

«Биолюминесцентная система грибов, которую мы используем для свечения, близка растительному метаболизму. Многие растения, включая съедобные, производят такие метаболиты, но не светятся — потому что у них нет ферментов, позволяющих превращать эти вещества в свет. Создавая наши растения, мы дополнили их метаболизм ферментами, гены которых и так встречаются в природе у светящихся грибов. Эти грибы живут в разных экосистемах: и в тропических широтах, и в нашем умеренном климате. Они же свободно продаются для выращивания дома»

Карен Саркисян.

То есть, хотя состав таких растений и меняется, принципиально новые, чуждые гены в природу не вносятся. Более того, растения не способны передавать светящиеся гены, так что уже во втором поколении биолюминесценция полностью теряется.

Российское законодательство пока не предусматривает возможность свободной продажи на внутреннем рынке генетически модифицированных растений — разрешено только их исследование. Поэтому продукция «Планты» пойдет на экспорт в западные страны и страны Азии. Поставки должны начаться в 2023 году.

«В странах, на рынки которых мы планируем в ближайшее время выходить, петунии не растут в дикой природе. Таким образом, мы не ожидаем переноса генов от домашних растений в природные экосистемы. Сейчас мы также работаем над созданием продуктов и для рынка срезанных цветов, и для ландшафтного дизайна» заключил Карен Саркисян.

В планах компании также создание светящихся деревьев: плодовых и декоративных. Плюс грибной люминесцентной системы в том, что она может работать на всех видах растений.

Ранее +1Платформа рассказывала о лучших растениях для офиса. В современных бизнес-центрах по всему миру входит в моду культура офисного садоводства. Оно имеет экологическую, экономическую и эстетическую ценность.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.

Фотографии: iStock

Читайте также