Як створили рослини що світяться

Шанувальники фільму «Аватар» Джеймса Кемерона давно мріють принести в свій будинок хоча б шматочок світяться джунглів Пандори. Нарешті можна радіти: через п’ять років після виходу блокбастера біохакери нарешті винайшли живе рослина, яка з настанням темряви буквально перетворюється в нічник. Ніякої магії – тільки наука і величезне бажання!

Перші прототипи

Перші «умовно світяться» рослини були отримані групою Стівена Хоувелла в 1986 році. Генетично змінені моркву і тютюн містили тільки саму люциферазу (фермент, стимулюючий світіння), але в них відсутній люциферин (сам світиться пігмент). Проблема полягала в тому, що для отримання люциферази досить запровадити в ДНК всього один ген, а для вироблення люцеферина потрібно безліч різних генів, що збирають його «по шматочку».

Як результат, отримані рослини самі по собі світла не випромінювали – їх треба було обприскувати люциферином або додавати його в грунт. Це, до речі, можна помітити і на фотографіях, які згодом стали символом проекту Glowing Plant. На них у тютюну найсильніше світяться коріння і судини, – але не тому, що там краще працює люцифераза, а тому, що за ним з грунту рухається субстрат.

Перша рослина, здатна світитися саме по собі, було отримано набагато пізніше — лише в 2010 році. Над ним працювали Олександр Кричевський і його колеги з університетів Нью-Йорка і Ізраїлю. Для того, щоб змусити тютюн виробляти власний люциферин, вчені використовували блок генів з люмінесценції бактерій Photobacterium leiognathi. При цьому гени вбудували в геном хлоропластів – таким чином, щоб вони не могли поширюватися з пилком.

Однак трансгенний тютюн світився дуже слабо – його світло ледь видно на фотографіях з дуже довгою витримкою. Це пояснюється тим, що гени не завжди ефективно працюють при перенесенні з одного організму в інший. Втім, це не завадило автору проекту зареєструвати відповідний патент. Тим більше, що для наукового дослідження рослин така генетична система цілком підходила.

Крок вперед

Вчених взагалі хлібом не годуй – дай пришити послідовність люциферази до будь-яким цікавим генам, щоб можна було стежити за тим, як їх активація супроводжується світінням. Адже, на відміну від звичайного барвника, вона дозволяє повністю позбутися від стороннього шуму.

Сама ж думка про те, що подібні робочі інструменти можна використовувати для чогось зовсім з дослідженнями не пов’язаного, з’явилася у групи студентів з Кембриджського університету. У 2010 році дев’ять світлих умів вирішили розробити генетичну систему, що дозволяє створювати яскраво світяться «декоративні» організми.

Студенти доповнили ферменти синтезу люциферина ферментом його регенерації (таким чином вирішивши проблему Кричевського), оптимізували гени японського світлячка Luciola cruciata для експресії в кишковій паличці і провели ще кілька поліпшень. В результаті вони отримали штам бактерій, колбу з якими можна, наприклад, використовувати замість лампи — такі кишкові палички дають достатньо світла для того, щоб читати книгу.

Воно світиться!

Поява цієї світної зелені, доступною навіть людям з ненауковою середовища, стало можливим завдяки зустрічі ізраїльського біолога Омрі Амирав-Дрори (Omri Amirav-Drory), підприємця Ентоні Еванса (Antony Evans) і фахівця з генетики рослин Кайла Тейлора (Kyle Taylor). Заснований в Сан-Франциско проект був задуманий як публічна демонстрація можливостей синтетичної біології змінювати і переписувати гени і використовувати створені в лабораторіях молекули ДНК. Він також підтримує рух «Зроби-сам-біологія», яке прагне зробити біотехнологію більш доступною для громадськості.

В якості об’єкта «підсвічування» вчені вибрали улюблене модельна рослина генетиків — непоказну резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana). Причина такої «ніжності» до дикої родичці капусти проста: вона має дуже короткий і вже повністю розшифрований геном. Ось чому ця рослина навіть побувало в космосі на борту радянської станції Салют-7, а NASA в найближчому десятилітті планує вирощувати його на Місяці. На наступному етапі біологи обіцяють змусити світитися троянду (хоча сьогодні вже існує більш легкий і швидкий спосіб – достатньо просто покрити квіти спеціальним біо-гелем).

Розраховувати на державну або навіть приватну підтримку такого проекту вченим не доводилося, тому було вирішено звернутися до краундфандингу на сайті Kikstarter. Запланований бюджет становив 65 тисяч доларів, але світяться рослини викликали такий інтерес, що кількість зібраних коштів перевищила 400 тисяч доларів. Тим, хто перерахував на фінансування за 40 доларів, команда пообіцяла надіслати насіння майбутнього рослини для самостійного вирощування, по 150 — сама рослина.

Сумніви «зелених»

Спершу «зелена» преса поставилася до такої фантастичної ідеї прихильно. Адже з допомогою світлових дерев можна було б освітлювати вулиці міст та автотраси, тим самим заощаджуючи багато електрики і знижуючи викиди вуглекислого газу. Крім того, рослини в стилі «Аватара» могли б стати дуже популярними при створенні футуристичних інтер’єрів, ландшафтного дизайну і архітектури будівель. Але коли мрія стала перетворюватися в реальність, ентузіазм екологів пішов на спад.

Деякі експерти і аналітики побоюються, що поширення цих рослин може створити прецедент неконтрольованих викидів синтетичних ГМО-організмів у природній баланс. Адже ніякого контролю за поширенням «живий лампочки» не мається на увазі: Вклалися в проект ентузіасти зможуть вільно вирощувати світяться рослини, збирати їх насіння і навіть (можливо) отримувати нові світяться гібриди. При цьому уряд США не має повноважень контролювати створення таких організмів, оскільки вони не призначені для вживання в їжу ні людиною, ні тваринами.