Растения способны обнаруживать загрязняющие вещества

Биологи Государственного Университета Колорадо показали, что растения могут послужить в качестве очень специфических детекторов, определяющих не только загрязняющие вещества окружающей среды, но и взрывоопасные элементы.

Профессор Джун Мэдфорд (June Medford) и ее научно-исследовательская группа из Отдела Биологии смогли при помощи компьютерного проектирования перестроить характерный признак растения, проявляющийся в виде естественного сигнализирующего процесса, таким образом, что растение превращается из зеленого в белое, когда в воздухе или почве им обнаружены химические вещества. Эта работа – важный шаг в длинном процессе – могла бы, в конечном счете, успешно применяться с целью безопасности в аэропортах или торговых центрах, или в качестве контроля таких загрязняющих веществ как, например, радон в доме.

«Идея сделать растения детектором исходит непосредственно от самой природы» – сказала Мэдфорд. «Растения не могут убежать или спрятаться от опасностей, поэтому они разработали умные системы для определения и реагирования на свою среду. Мы 'научили' растения обнаруживать вещи, в которых мы заинтересованы, и мгновенно реагировать на них, сообщая нам о том, что вокруг что-то не в порядке». Исследование появилось недавно в журнале открытого доступа PLoS ONE. Финансовая поддержка исследования была осуществлена Агентством Защиты Передовых Исследовательских Проектов (DARPA) и другими охранными организациями.

«Способности растения созданные, для выявления взрывоопасных веществ могут, в конце концов, помочь нам защищать наши войска от сымпровизированных взрывных устройств (IED)» – отметила Линда Криси (Linda Chrisey), программное должностное лицо отдела Военно-морских Бионаук и Программы Биоцентрческих Технологий Службы Военно-морского Исследования.

Мэдфорд ее научная группа также недавно получили грант в размере $7,9 миллионов от Отдела Защиты США, чтобы воплотить в жизнь открытие, сделанное в ее научно-исследовательской лаборатории CSU. Основанные пока на исследовании, способности обнаружения этих растений, по утверждению Мэдфорд, подобны или даже лучше нюха собак. Признаки обнаружения могут быть разработаны в любых видах растений и могут выявлять многочисленные загрязняющие вещества сразу – изменения, которые могут быть также обнаружены спутником.

«Исследование доктора Мэдфорд иллюстрирует то факт, что основные изменения в научном понимании могут быть применены в решении таких важных проблем как, например, защита окружающей среды и безопасность родины» – подчеркнул Билл Фарлэнд (Bill Farland), вице президент Исследования в Штате Колорадо и ранее главный ученый Агентства Защиты Окружающей среды.

Вычислительное проектирование признака обнаружения доктора Мэдфорд первоначально было сделано в сотрудничестве с профессором Хоммом Хеллинга (Homme Hellinga) из Университета Дьюка и позднее с профессором Дэвидом Бейкером (David Baker) из Университета Вашингтона.

Как это работает: в лабораториях Бейкера и Хеллинга использовалась компьютерная программа для перестройки естественно производимых белков, названных рецепторами. Эти переделанные рецепторы в результате стали особо реагировать на загрязняющие или взрывоопасные вещества. Затем в лаборатории доктора Мэдфорд эти перестроенные при помощи компьютера рецепторы были модифицированы, чтобы функционировать в растениях, и помещены на стенку клеток растения, где они смогут обнаруживать загрязняющие вещества или взрывоопасные вещества в воздухе или почве, находящихся около растения. Растение обнаруживает субстанцию и активизирует внутренний сигнал, который является причиной того, что растение теряет свой зеленый цвет и приобретает белый.

Двигаясь вперед, Мэдфорд, привлекая к сотрудничеству группу около 30 студентов последнего курса, аспирантов и докторов, сфокусирует свое внимание на таком факторе, как ускорение времени обнаружения. Изначально реакция растений первого поколения на взрывоопасное вещество происходила через несколько часов, но улучшения в разработке будут способствовать сокращению времени реакции до нескольких минут.