Созданы биолюминесцентные растения, способные заменить светильники и даже фонари

Почитать перед сном при свете растения? Почему бы нет. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) сделали первый шаг к созданию непрерывно светящихся растений. Кроме уюта в доме их волнует ещё и будущее энергетики. 

На самом деле это далеко не первое светоизлучающее растение, созданное учёными. Ранее специалисты при помощи сплайсинга генов биолюминесцентных бактерий уже создавали "растительный ночник". В принципе, светиться в темноте можно заставить что угодно – от ёлки до мороженого. Но вопрос в том, как это сделать.

Все предыдущие работы предполагали перенос генов, отвечающих за выработку светоизлучающего биологического пигмента люциферина (от имени Люцифер, то есть "светоносец"). Но этот процесс весьма трудоёмкий, а свет, излучаемый растениями после генной модификации, получается очень тусклым.

Исследователи решили попробовать другой путь и обратились за помощью к светлячкам. Их люминесценцию обеспечивает люцифераза – окислительный фермент, действующий на молекулы люциферина и заставляющий их излучать свет. В этом процессе задействованы и другие молекулы – коэнзимы из класса коферментов А. Их задача – удаление побочных продуктов реакции, которые подавляют активность люциферазы.

Каждый из этих трёх компонентов (люцифераза, люциферин и кофермент А) команда MIT "упаковала" в наночастицы. Последние помогают каждому компоненту попасть в "нужную" часть растения, а также предотвращают накопление компонентов до концентраций, токсичных для растения.

Наночастицы, переносящие люциферазу, состоят из кремния и в диаметре достигают десяти нанометров. А те, которые переносят кофермент А и люциферин, по размерам чуть крупнее и собраны из хитозана и полилактида (PLGA).

Прежде чем отправить наночастицы в растения, их суспендировали в растворе (создавали в нём взвесь с особыми свойствами). Только потом их "запускали" в листья через поры, называемые устьицами.
 

По задумке авторов, наночастицы, высвобождающие люциферин и кофермент А, должны накапливаться во внеклеточном пространстве мезофилла (это основная ткань пластинки листа). А вот кремниевые частицы, несущие люциферазу, должны попадать в сами клетки мезофилла. Затем происходит следующее: наночастицы высвобождают люциферин, он поступает в клетки листа растения, встречается с люциферазой, и запускается химическая реакция свечения.

На начальной стадии проекта исследователям удалось добиться 45-минутного свечения кресс-салата. Но после усовершенствования и проработки всех нюансов растения могут светиться три с половиной часа подряд. Пока что свет, излучаемый десятисантиметровой рассадой, составляет лишь тысячную часть того освещения, что необходимо для чтения. Однако авторы полагают, что яркость можно значительно увеличить. Для этого им предстоит оптимизировать концентрации всех компонентов и отрегулировать скорость их высвобождения.

Как отмечают учёные, такой метод можно использовать абсолютно с любыми растениями, без всякой генной модификации. Пока что они работают, помимо кресс-салата, с рукколой, капустой и шпинатом.

Основная задача – создать растение, которое сможет функционировать как полноценная настольная лампа, не требующая электричества. При помощи такой технологии в будущем можно будет превращать целые деревья в "естественные" фонари (к слову, люминесцентные камни уже подсвечивают ночные дороги Великобритании).

Эта сфера исследований является невероятно перспективной и актуальной, заявляют эксперты. Сегодня 20% мирового потребления энергии приходится на освещение. Использование растений для этих целей поможет сэкономить немало средств, а также улучшить экологию.

Специалисты его лаборатории изучают возможности внедрения в растения различных наночастиц для выполнения самых разнообразных функций. В конечном итоге, растения могут заменить многие электрические приборы, уверены учёные. Они, к примеру, разрабатывают системы для обнаружения взрывчатых веществ, а также растения, способные отслеживать экологические условия и "сообщать" о приближении засухи.

Более подробно о своей работе и её итогах авторы рассказали в статье, опубликованной в издании Nano Letters.