Светящиеся растения: Российские ученые создали растения, светящиеся в темноте

Содержание

Российские ученые создали растения, светящиеся в темноте

https://ria.ru/20200428/1570670712.html

Российские ученые создали растения, светящиеся в темноте

Российские ученые создали растения, светящиеся в темноте — РИА Новости, 28.04.2020

Российские ученые создали растения, светящиеся в темноте

Российские ученые создали первые постоянно светящиеся растения. Свойство автолюминесценции у них закодировано на генетическом уровне. Результаты исследования… РИА Новости, 28.04.2020

2020-04-28T12:53

2020-04-28T12:53

2020-04-28T12:54

наука

растения

мгу имени м. в. ломоносова

российская академия наук

открытия — риа наука

российский научный фонд

биология

генетика

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn21.img.ria.ru/images/07e4/04/1c/1570672066_0:51:974:599_1920x0_80_0_0_b2b596ba5112d28141deb982c57fe1d2.jpg

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.

https://ria.ru/20200428/1570662373.html

https://ria.ru/20200427/1570620506.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn25.img.ria.ru/images/07e4/04/1c/1570672066_54:0:921:650_1920x0_80_0_0_4ec08ca1e316122ef346859218918bdb.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

растения, мгу имени м. в. ломоносова, российская академия наук, открытия — риа наука, российский научный фонд, биология, генетика

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.

28 апреля 2020, 09:36

Российские и литовские ученые придумали «вакцину от старения»

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.

27 апреля 2020, 12:50НаукаРоссийские ученые нашли вещество, твердое как алмаз

Созданы живые растения, устойчиво светящиеся в темноте

Журнал Nature Biotechnology опубликовал статью, в которой описывается создание растений, чье свечение видно невоороуженным глазом.  

Проведенное исследование — результат совместной работы резидента Фонда «Сколково» биотехнологического стартапа Планта, Института биоорганической химии РАН, станции искусственного климата Биотрон и Института науки и технологий Австрии. Основную финансовую поддержку оказали компания Планта, «Сколково» и Российский научный фонд.

Ученые заметили, что метаболизм биолюминесцентных грибов и обычных растений имеет много общего. Они успешно перенесли необходимую для свечения ДНК из грибов в растения, создав растения с устойчивым свечением, превосходящим по яркости все предыдущие подходы.

Табак, который научили светиться ученые. Фото: Planta

Это открытие найдет широкое применение в науке. Ученые смогут использовать свечение для наблюдения за внутренними процессами в растениях. 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.

Также новое открытие может быть использовано и в эстетических целях, например, в создании светящихся цветов, деревьев и других декоративных растений. И хотя замена уличных фонарей светящимися деревьями пока еще остается в области фантастики, растения, полученные в ходе данной работы, имеют мягкую ауру из света, отражающую происходящие в них жизненные процессы.

 

Масштаб проделанной работы можно оценить по числу участников. Авторами статьи в Nature Biotechnology являются 27 ученых. Работа велась под руководством Карена Саркисяна и Ильи Ямпольского, с ключевым вкладом Татьяны Митюшкиной, Александра Мишина, Луизы Гонзалез Сомермейер и Надежды Маркиной.

Ученые заметили, что метаболизм биолюминесцентных грибов и обычных растений имеет много общего. Они успешно перенесли необходимую для свечения ДНК из грибов в растения, создав растения с устойчивым свечением, превосходящим по яркости все предыдущие подходы.

 

По данным авторов, растения производят более миллиарда фотонов в минуту. Кейт Вуд, директор компании Лайт Био, комментирует новую работу: «30 лет назад я помог создать первое люминесцентное растение, используя ген светлячков. Новые растения производят гораздо более яркое и устойчивое свечение, механизмы которого полностью встроены в их гены». Лайт Био – новая компания, которая в партнерстве с Плантой планирует вывести на рынок светящиеся в темноте декоративные комнатные растения. 

Фото: Planta.

Конечно, создание совершенно новых биологических свойств все-таки сложнее, чем просто перенос нескольких генов из одного организма в другой. Метаболизм растений подобен часовому механизму, и новые детали – элементы грибной биолюминесценции – необходимо идеально подогнать к нему. 

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 Планты установили все компоненты, необходимые для биолюминесценции в грибах. Впервые был полностью расшифрован механизм свечения в сложном многоклеточном организме. В новой работе авторы продемонстрировали, что люминесценция грибов может быть эффективно перенесена в растения. Это позволило им создать светящиеся растения, которые, как минимум, в десять раз ярче по сравнению с предыдущими работами. Зеленое свечение исходит от листьев, стеблей, корней и цветов, его видно невооруженным глазом, и можно заснять на обычные фотоаппараты и даже смартфоны. Что немаловажно, устойчивое свечение не мешает растениям нормально расти и развиваться. 

Оказалось, что органическая молекула, необходимая для свечения грибов, используется и растениями для строительства клеточных стенок. Чтобы появился свет, эта молекула, называемая кофейной кислотой, должна пройти через метаболический цикл с участием четырех ферментов. Два фермента превращают кофейную кислоту в более сложную молекулу, которая затем окисляется третьим ферментом с испусканием фотона. Еще один фермент превращает продукт реакции обратно в кофейную кислоту, замыкая цикл. 

В растениях кофейная кислота является строительным блоком лигнина, ответственного за механическую прочность клеточных стенок. Таким образом, она является частью биомассы растений – лигноцеллюлозы, которая является наиболее распространенным возобновляемым ресурсом на Земле. Помимо этого, кофейная кислота также необходима для синтеза пигментов, летучих соединений и антиоксидантов. Отметим, что несмотря на похожие названия, кофейная кислота и кофеин – два совершенно разных химических соединения. 

Иными словами, свечение и метаболизм растений тесно связаны, и потому свечение может отражать физиологический статус растений и их реакцию на окружающую среду. Например, растения светятся сильнее, если рядом с ними положить спелую банановую кожуру (которая выделяет растительный гормон этилен). Молодые побеги растений и, в особенности, цветы, светятся ярче. Свечение постоянно меняется, может образовывать необычные узоры и волны на листьях растения, позволяя впервые наблюдать внутренние процессы, обычно скрытые от глаз. 

Фото: Planta.

Описанная в научной статье работа велась на двух видах табака – удобных экспериментальных объектах из-за особенности их генетики и быстрого роста. Однако система биолюминесценции грибов может быть перенесена и в другие растения. Как исследователями Планты, так и в параллельном исследовании, проведенном в Университете Миннесоты, продемонстрирована применимость нового подхода для создания светящихся растений других видов, включая барвинок, петунию и розу. В будущем можно ожидать создание еще более ярких растений, в том числе растений с новыми свойствами, такими как изменение яркости или цвета свечения в ответ на людей и окружение. Ученые считают, что благодаря этой живой ауре из света мы можем достичь новых отношений с нашими комнатными растениями, которые бы понравились создателям фильма «Аватар».

 

Биолюминесценция в каждый дом. Почему так сложно сделать светящиеся растения

Светящееся растение? Нет, не видели

— Я когда-нибудь получу свое растение? Уже годы прошли. Мне просто любопытно.

— Как мне получить свои 40 долларов обратно?

— Я уже махнул рукой на это дело и считаю, что просто потерял деньги.

Такие комментарии в избытке можно найти на странице проекта Glowing plant в Facebook. В 2013 году группа ученых начала кампанию по сбору денег на создание светящихся растений. Идея авторов проекта звучит довольно просто по нынешним временам: взять гены, которые позволяют бактериям светиться, собрать из них единый фрагмент, вставить нужную последовательность в геном резуховидки и получить светящееся растение. Поначалу все шло отлично — проект собрал почти полмиллиона долларов. Но никаких светящихся растений его подписчики так и не увидели, а авторы переключились на создание мха, пахнущего пачулями.

Растения, рыбы и бактерии

Ученые за последние годы создавали кошек, кроликов и даже овец, которые могут светиться благодаря встроенным в их ДНК генам флуоресцентных белков. Есть даже декоративные рыбки GloFish, которые продаются для домашних аквариумов.

«GloFish — это рыбы, которые светятся благодаря флуоресцентным белкам. В природе такие белки встречаются у многих медуз, некоторых рачков и даже наших с вами далеких родственников, самых примитивных хордовых — ланцетников. Эти белки искусственно внедрены с помощью методов генной инженерии во многие другие организмы: в столь успешно продающихся GloFish, в мышей, а также во многие растения», — рассказал Ямпольский.


Флуоресцентные рыбки GloFish

Флуоресцентные белки также получили широкое распространение в молекулярной биологии, поскольку их можно использовать в качестве метки, которая будет вырабатываться вместе с определенным белком и позволит посмотреть, когда этот белок начинает образовываться в организме и где именно.

«Почему же при этом рыбы продаются, а растений в продаже мы не видим? Ответ кроется в природе флуоресценции: флуоресцентные белки светятся только в ответ на облучение их светом. Как во многих процессах, часть энергии теряется, и на выходе получается свет с другой длиной волны, то есть другого цвета. GloFish светятся не всегда, а только если на них светить ультрафиолетом, вот тогда они и становятся похожи на модниц на дискотеке», — объяснил ученый.


Флуоресцентные мышата

Сложнее, чем кажется

Идея проекта Glowing Plant в том, что растение должно светиться само по себе, а для этого нужен другой механизм — биолюминесценция.

Биолюминесценция — это свечение живых организмов, и встречается она среди тысяч очень различающихся видов, в основном морских. «Для того чтобы применять биолюминесценцию, необходимо знать, как она работает, но для многих организмов на этот вопрос до сих пор нет ответа. В основе природы свечения всегда лежит химическая реакция, а вот химическое строение ее участников — индивидуальная особенность каждого организма. Этим мы и занимаемся. Наша основная задача — узнать, как устроены светящиеся молекулы люциферин и люцифераза и как происходит сама химическая реакция», — рассказал Ямпольский.

Заставить растение или другой организм светиться благодаря механизму биолюминесценции — куда более сложная задача, чем просто встроить в ДНК ген флуоресцентного белка. В относительно простом варианте, который был реализован уже в 1986 году, в ДНК табака встроили ген люциферазы светлячка и поливали растение раствором с люциферином. Получившийся в результате табак действительно светился, что можно увидеть на его фотографии, сделанной с выдержкой в 24 часа.

«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 мне представляется маловероятной», — отметил исследователь.


«Лампа» из генетически модифицированных светящихся бактерий кишечных палочек

«По разным оценкам, существует около 40 различных люциферинов и механизмов биолюминесценции. До недавнего времени было известно лишь семь структур люциферинов. Однако благодаря работе нашего научного коллектива за последние три года были установлены еще три новые структуры — люциферина сибирского почвенного червя вида Fridericia heliota, а также люциферина и люциферазы высших грибов. Мы не только знаем, как устроены эти молекулы, — мы умеем их синтезировать, понимаем, как именно происходят химические реакции свечения, умеем запускать их в пробирке и даже управлять цветом, правда, пока ограниченно. На подходе — структура люциферина многощетинкового червя, в более ранней стадии исследования — еще несколько объектов: моллюски, полихеты, акулы и другие», — рассказал исследователь.

Возможности применения биолюминесценции многообразны. В промышленности — для быстрого определения бактериального загрязнения, в науке — для изучения различных процессов, например при создании лекарственных препаратов. На сегодняшний день оборот биолюминесцентных технологий оценивается в миллиарды долларов в год.

«Задача создания биолюминесцирующего растения — одна из самых амбициозных и интересных с научной точки зрения. Однако мы еще не вышли на завершающий этап и хвастаться пока не будем. Тем не менее мы трудимся в этом направлении и, возможно, однажды сможем подарить миру самостоятельно светящееся растение», — сказал ученый.

Материал помогали готовить коллеги Ильи Ямпольского — Надежда Маркина и Зинаида Осипова.

 Екатерина Боровикова

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

Светящихся растений в природе не бывает. Сделать их искусственно пытались и раньше: например, десять лет назад группа под руководством Александра Кричевского встроила бактериальную люминесцентную систему в растения, но сделать их достаточно яркими не получилось: оказалось сложно совместить прокариотическую биохимическую цепочку с эукариотами.

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.

Tatiana Mitiouchkina et al. / Nature Biotechnology, 2020

В темной комнате такие растения позволяют видеть предметы вокруг, стены. После того, как глаза привыкнут к темноте, при таком свете можно даже разобрать текст.

Постоянно или нет?

Растения светятся все время, непрерывно, но яркость может колебаться. Они начинают светиться ярче, если, например, положить рядом банановую кожуру. Она выделяет этилен, растительный гормон, который, с одной стороны, угнетает рост растений, а с другой — способствует созреванию плодов.

Интенсивность свечения колеблется в зависимости от времени суток, пик яркости приходится примерно на середину ночи. Молодые побеги светятся ярче, старые тусклее. Ярко светятся цветы. А если листу пора умирать, там включается какая-то биохимия, и он вспыхивает перед тем, как погибнуть окончательно.

Tatiana Mitiouchkina et al. / Nature Biotechnology, 2020

Очень ярко светятся корни, особенно точки их ветвления. Если отрезать побег, на этом месте начинает вырастать новый, и это место тоже светится очень ярко. Срезанная часть растения будет светиться до тех пор, пока она не засохнет.

А можно заставить светиться деревья? А животных?


Грибная люминесцентная система — единственная, которая может работать во всех эукариотах, не только в растениях. Поэтому принципиальной границы здесь нет, мы можем заставить светиться и другие организмы. С деревьями работать сложнее, поскольку у них значительно больше срок жизни. В случае животных придется модифицировать саму систему, но непреодолимых препятствий тут нет.


Зачем нужны такие растения?

Это совершенно новый инструмент для ученых, он позволит узнать о биохимических процессах в растениях множество вещей, которые раньше были нам совершенно недоступны.

В животных это делают с помощью GFP — зеленого флуоресцентного белка. Ген GFP пришивается к какому-то биологическому процессу, который вы хотите изучить, а дальше вы сидите и ждете, когда он «загорится» под действием ультрафиолета. Засветился — значит белок экспрессируется и помеченная вами система работает.

С растениями этот метод не работает. Растительная ткань очень плотно пигментирована — там и хлорофилл, и каротиноиды, они все флуоресцируют. Если растительную ткань поместить под микроскоп, вы увидите поток флюоресценции, на фоне которого увидеть полезный сигнал почти невозможно.

Planta & Light Bio

Поэтому использовались не флуоресцентные репортеры, а люминесцентные — те, которые не «отсвечивают» в ответ на излучение, а светятся сами. Наблюдать за ними, соответственно, надо в темноте. Но поскольку растения сами не вырабатывают люциферин, его надо физически вводить туда, где он должен сработать. Это неудобно и дорого.

А «кофейная» система не требует никаких дополнительных опрыскиваний, поливаний, она работает сама по себе, поскольку встроена в растительный метаболизм. Ее достаточно «привязать» к нужному вам биохическому процессу, и затем просто наблюдать за тем, что происходит. Это, по большому счету, первая удобная репортерная система для растений, это своего рода растительный аналог GFP.

Потенциальных задач для такой системы очень много. Например, можно ее использовать для изучения реакций растений на стрессы — высокую температуру, высокую соленость, болезни, а потом с опорой на эти данные вывести устойчивые сорта. Десятки лабораторий со всего мира уже обратились к нам, запросили гены, семена — мы помогаем, отправляем им, например, готовые плазмиды.

Готового коммерческого продукта у нас нет. Но если к нам обратится компания, которая захочет выращивать такие растения на продажу, то они должны будут купить у нас лицензию.

Законно ли это в России?

Наши растения подпадают под регулирование, касающееся ГМ-организмов — но эксперименты с ГМ-растениями не запрещены, регулирование в основном касается выращивания модифицированных растений в открытом грунте.

Tatiana Mitiouchkina et al. / Nature Biotechnology, 2020

Мы собираемся создать растения, которые смогут пройти все необходимые проверки и получить разрешение для продажи на рынке. Рассчитываем, что получение всех необходимых сертификатов и лицензий займет два-три года.

А купить такой росток можно?

Компания Planta не собирается продавать светящийся табак, мы сейчас работаем над получением светящихся разновидностей традиционных декоративных растений. Я не могу назвать их все, но скажу, что идет работа над розами, орхидеями, всего их около дюжины сортов. Первым светящимся растением на рынке будет, скорее всего, петуния, планируем начать продавать их уже через два года.

Мы хотим создать линейку растений и занять свои ниши во всех сегментах декоративных растений — от срезанных цветов до газонной травы и кустарников.

Текст подготовил Сергей Кузнецов

GISMETEO: Российские ученые создали светящиеся растения: видео — Природа

Декоративные комнатные растения с ярко светящимися листьями и цветами могут стать реальностью благодаря прорыву российских ученых, использовавших для их генетической модификации биолюминесцентные грибы.

© Light Bio

Ранее ученым уже удавалось создавать светящиеся растения с помощью биолюминесцентных генов, обнаруженных в бактериях. Но проблема была в том, что растения светились слишком слабо. Новая технология, в которой используется ДНК биолюминесцентных грибов, позволяет создать растения, которые светятся в 10 раз ярче, чем «бактериальные».

Для эксперимента был выбран табак, потому что эти растения генетически просты и быстро растут. Но, по мнению исследователей, такие виды, как барвинок, петуния и роза, могут быть модифицированы таким же образом.

© Light Bio

Главным ключом ко «включению подсветки» является органическая молекула, называемая кофейной кислотой, которая присутствует во всех растениях. Два фермента превращают кофейную кислоту в люминесцентный прекурсор, который затем обрабатывается третьим ферментом и образует окисленную молекулу, способную излучать фотоны, то есть свет. Невероятно, но растения производили около 10 миллиардов фотонов в минуту на длинах волн от 500 до 550 нанометров (зеленый диапазон видимого спектра).

© Light Bio

Растения и грибы не имеют тесной связи, но исследователи использовали метаболический процесс, совместимый с обоими. Генетически модифицированные растения светились непрерывно на протяжении всего жизненного цикла, при этом модификация никак не нарушила их нормальное развитие. Свечение было видно невооруженным глазом в листьях, стеблях, корнях и цветах.

Интересно, что молодые растения светились ярче, чем старые, а самой светящейся частью были цветы. Иногда свечение ослабевало и растекалось узорами, отражая неизвестные внутренние процессы.

© Light Bio

Свечение растений может предоставить ученым новый способ наблюдения их внутренних процессов, например, метаболизма. Но основной целью проекта было создание декоративных светящихся видов.

Исследования положили начало компании под названием Light Bio. В финансировании проекта участвовали Российский научный фонд, Фонд «Сколково» и компания Planta LLC, биотехнологический стартап со штаб-квартирой в Москве. Всего в исследовании указаны в общей сложности 27 авторов.

© Light Bio

В дальнейшем ученые намерены еще больше увеличить яркость растений и, возможно, даже сделать так, чтобы они реагировали на людей и окружающую среду.

Исследование опубликовано в Nature Biotechnology.

Светящиеся растения, происхождение нейтрино и «возрождение» антибиотиков: топ-10 открытий года в России

В растениях кофейная кислота — строительный блок лигнина, ответственный за механическую прочность клеточных стенок, то есть часть биомассы растений. Помимо этого, кофейная кислота также необходима для синтеза пигментов, летучих соединений и антиоксидантов. Таким образом, свечение и обмен веществ растений тесно связаны, и потому свечение может отражать физиологический статус растений и их реакцию на окружающую среду.

Ученые «научили» светиться пока только растения табака, но дальше планируют расширить линейку растений и через пару лет вывести их на рынок.

Действие старых антибиотиков усилили так, что бактерии потеряли устойчивость к ним

Слишком активное использование антибиотиков привело к устойчивости бактерий к ним. Один из способов ее преодоления – поиск новых антибиотиков. Но российские ученые предлагают новаторский подход – вместе со старыми антибиотиками использовать подавители (ингибиторы) ферментов, защищающих бактерии от внешней угрозы, в том числе от антибиотиков. Эксперименты на бактериях подтвердили перспективность этой стратегии. Если она войдет в практику, отпадет необходимость создавать новые антибиотики, расходуя на это много денег и времени.

В нашем организме есть сероводород, который, как азот и углерод, регулирует кровяное давление, оказывает противовоспалительное действие при инфекциях и делает многое другое. В клетках бактерий тоже производится сероводород, который, как ранее показали российские ученые, защищает клетки от гибели и делает их устойчивыми к антимикробным препаратам. Эта устойчивость приводит к сложностям в медицине и сельском хозяйстве и становится одной из ключевых проблем человечества сегодня.

Зная это, сотрудники Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН нашли ингибиторы (подавители) бактериальных ферментов, ответственных за синтез сероводорода. Кроме того, они нашли новые мишени бактерий, на которые можно нацелить будущие антимикробные препараты — ферменты, вовлеченные в синтез клеточной оболочки бактерий. Искусственно синтезированные ингибиторы этих двух групп ферментов, как показали эксперименты, делают бактерии уязвимыми к существующим антибиотикам.

Применение таких ингибиторов повысит эффективность действия широкого круга антибиотиков в лечении бактериальных инфекций.

Протестирован препарат для персонифицированной генной терапии на основе клеток крови пациента

Российские ученые разработали и протестировали на животных новый препарат для восстановления спинного мозга после травм. Средство на основе клеток крови пациента и терапевтических генов человека готово к началу масштабных доклинических испытаний.

Все большую популярность при лечении болезней приобретает генная терапия: введение в организм «здорового» генетического материала, способного возместить дефекты ДНК в клетках пациента или придать клеткам новые свойства. Чтобы успешно и безопасно доставить ДНК, ученые применяют белые кровяные клетки — лейкоциты, которые легко можно получить из крови самого пациента.

Недавно сотрудники Казанского государственного медицинского университета разработали простой, безопасный и экономичный способ получения белых кровяных телец, обогащенных искусственным генетическим материалом. Для этого из цельной крови пациента отделяют лейкоциты, используя специальный крахмал. Затем к лейкоцитам добавляют терапевтический ген или комбинацию генов в составе неопасного вирусного вектора, доставляющего терапевтические гены в лейкоциты. На следующие сутки полученный препарат может быть введен обратно пациенту в кровь. Такая методика обладает несколькими преимуществами: лейкоциты легко перемещаются по кровяному руслу и проникают в разные ткани, не вызывая иммунный ответ. Генетический материал, который они транспортируют, обеспечит производство полезных для пациента белков.

Дайджест футурологии № 5: еда будущего и светящиеся растения

Тема недели: Еда будущего будет из пробирок и биореактора

Сегодня на Земле живут около 7,7 млрд человек, а к 2050 году население вырастет до 9,7 млрд. Такой рост приведет к нехватке продуктов и голоду, который может усугубиться в связи с распространением коронавируса: кризис может спровоцировать гуманитарную катастрофу, сравнимую с периодом Второй мировой войны, прогнозирует директор Всемирной продовольственной программы ООН Дэвид Бизли.

Растет и запрос на здоровое питание: население стареет, появляются все новые исследования, доказывающие, что наши привычки в питании негативно воздействуют на функционирование организма. Помимо этого, миру необходимо стабилизировать экологическую обстановку, не вырубая леса под посевы культур и пастбища для коров.

Генеральный директор компании «ЭФКО Инновации» Андрей Зюзин рассказал, как со всеми этими задачами справится еда будущего и как ее будут готовить.

Прогноз:

  • Эксперты предполагают, что к 2023—25 году мы увидим рост конкурентоспособности молока, полученного ферментативным способом.
  • К 2030 году альтернативный белок будет стоить в десять раз дешевле, чем животные белки. Они будут более питательные, здоровые, вкусные, разнообразные, чем аналоги животного происхождения, которые они заменяют.
  • Перспективы альтернативных мяса и рыбы во всем мире будут расти.

При этом современные технологии могут развивать продовольственный сектор несколькими путями.

Растительная альтернатива для традиционного производства. Компании активно разрабатывают штаммы для синтеза пищевых ингредиентов и ферментирования готовой продукции, работают над поиском источников белка и микроэлементов в продуктах неживотного происхождения. Ведется работа над новой упаковкой: биоразлагаемой, с датчиками и сенсорами, контролирующими потребительские характеристики и сроки годности.

Генные и клеточные технологии. Человечество уже научилось делать мясо, рыбу, молочные продукты без использования животных. Характеристики этих продуктов почти полностью воспроизводят традиционные аналоги по своему составу. Также генное редактирование применяется для увеличения объемов выхода продуктов.

Персонализированное питание. Человечество уже употребляет детское, спортивное питание и т.д. Эти категории постепенно сегментируются дальше, и постепенно мы придем к индивидуальному питанию для каждого человека: полезному набору продуктов на основе анализа крови.

Искусственный интеллект для анализа данных. Машины уже анализируют данные и предсказывают последствия тех или иных факторов, влияющих на эффективность сельского хозяйства. Компьютеры моделируют дизайн функциональных нутриентов (белков, сахарозаменителей и пр.) в составе альтернативных продуктов.

Интернет вещей и блокчейн. Технология распределенного реестра способна отслеживать всю цепочку движения продуктов питания, контролировать срок годности и поддерживать развитие альтернативных каналов дистрибуции.

Одной строкой

Статья недели: Понять трансгуманиста: слова и явления, которые приближают нас к вечной молодости

Что такое микробиом, биохакинг, геропротекторы? При чем здесь голые землекопы? Как работает крионика? Журналисты Reminder собрали небольшой глоссарий, чтобы помочь разобраться в терминологии, часто встречающейся в дискуссиях о долголетии, и лучше понимать футурологов.

С важными терминами, именами и явлениями можно ознакомиться здесь.

Видео недели: Ученые создали светящиеся растения

Команда ученых во главе с московским биотехнологическим стартапом Planta и Российской академией наук использовала ДНК из биолюминесцентных грибов для создания светящихся растений. Их свет достаточно яркий и излучается в течение всего жизненного цикла, не оказывая при этом вредного воздействия на здоровье человека. Работа велась на двух видах табака – удобных экспериментальных объектах из-за особенности их генетики и быстрого роста, но механизм может быть перенесен и в другие растения.

Зачем это нужно?

Во-первых, это красиво и может быть использовано в эстетических и декоративных целях при украшении помещений и парков.

Во-вторых, ученые смогут использовать свечение для наблюдения за внутренними процессами в растениях. В будущем они будут ярче и, вероятно, обладать новыми свойствами, такими как изменение яркости или цвета свечения в ответ на людей и окружение.


Подписывайтесь и читайте нас в Яндекс.Дзене — технологии, инновации, эко-номика, образование и шеринг в одном канале.

Ученые создают светящиеся растения, используя гены грибов | Биология

Излучающие жуткое зеленое свечение, они выглядят как листва из компьютерной ретро-игры, но на самом деле это светоизлучающие растения, выращенные в лаборатории.

Исследователи говорят, что светящаяся зелень может не только добавить необычность домашнему декору, но и открыть ученым новый способ исследовать внутреннее устройство растений.

«В будущем эту технологию можно будет использовать для абсолютно неинвазивной визуализации активности различных гормонов внутри растений в различных тканях на протяжении всего жизненного цикла растения.Его также можно использовать для мониторинга реакции растений на различные стрессы и изменения в окружающей среде, такие как засуха или травмы травоядными животными », — сказал д-р Карен Саркисян, генеральный директор Planta, стартапа, который руководил работой, и исследователь Имперского колледжа. Лондон.

«Мы очень надеемся вывести это на рынок через несколько лет, как только мы сделаем их немного ярче, как только мы сделаем декоративные растения с помощью этой новой технологии, и однажды, конечно, они пройдут все существующие правила безопасности, » добавил он.

Многие животные, микробы и грибы — от светлячков до медовых грибов — могут светиться, это явление известно как биолюминесценция. Это происходит, когда ферменты воздействуют на химические вещества, известные как люциферины, в организме, в результате чего энергия выделяется в виде света. Однако биолюминесценция естественным образом не возникает среди растений.

Последнее исследование — не первый случай, когда ученые создают светящуюся зелень — разработка, которая привела к предложениям всего: от уличных фонарей на растительной основе до самосветящихся рождественских елок.Среди предыдущих подходов исследователи доставляли люциферины и ферменты, необходимые для биолюминесценции, в растения с помощью наночастиц, в то время как другие команды внедрили в растения бактериальные гены биолюминесценции.

Однако у этих подходов есть недостатки: доставка люциферина на крошечные частицы дороже и не является самоподдерживающейся, в то время как включение генов бактериальной биолюминесценции связано с громоздким процессом, который приводит только к слабому свечению.Более того, сказал Саркисян, последний подход токсичен для растений.

Новое исследование использует другой подход, используя недавно открытый процесс, с помощью которого грибы излучают свет. Команда говорит, что это важно, поскольку в процессе участвует люциферин, производимый из химического вещества, которое естественным образом присутствует в растениях, — кофейной кислоты.

В статье для журнала Nature Biotechnology Саркисян и его коллеги из России и Австрии сообщают, как они встраивали четыре гена биолюминесцентного гриба Neonothopanus nambi в ДНК растений табака.Эти гены относятся к ферментам, которые через ряд этапов превращают кофейную кислоту в люциферин, который излучает энергию в виде света, прежде чем превратить полученное вещество обратно в кофейную кислоту.

В результате получаются растения, которые светятся зеленоватым оттенком, видимым невооруженным глазом. «Они светятся как в темноте, так и при дневном свете», — сказал Саркисян, добавив, что свет оказался в 10 раз ярче, чем свет, производимый с помощью бактериальных генов.

Команда обнаружила, что место свечения изменялось по мере роста растений, и свечение в целом уменьшалось по мере старения листьев и увеличивалось там, где листья были повреждены.По сообщению группы, цветы производили наибольшее свечение.

Светящиеся цветы. Фото: Planta / MRC Лондонский институт медицинских наук

Саркисян сказал, что в будущем команда сможет вставить грибковые гены в ДНК растения рядом с генами, которые активируются определенными гормонами. «Вы должны видеть свет, исходящий только от тканей, в которых в настоящее время активен гормон», — сказал он.

Гэри Фостер, профессор молекулярной патологии растений в Бристольском университете, который не участвовал в исследовании, сказал, что светящиеся растения будут в основном использоваться учеными, а не для таких приложений, как уличные фонари на основе растений, но тем не менее Добро пожаловать.

«Многие люминесцентные маркерные гены до сих пор требовали специальных источников света и / или камер для визуализации местоположения экспрессии. Представленная здесь система упростит этот процесс », — сказал он.

Профессор Джон Карр из Кембриджского университета также приветствовал эту работу, но сказал, что еще многое предстоит сделать. «Сейчас задача состоит в том, чтобы выяснить, как заставить эту искусственно созданную биолюминесценцию реагировать на определенные факторы окружающей среды, развития, химические или патогенные стимулы», — сказал он.«Это важно, если метод буквально сможет пролить новый свет на фундаментальные биологические процессы».

Ученые создали великолепные светящиеся растения, которые ярко сияют на протяжении всего своего жизненного цикла

Светящаяся оранжерея нашей мечты все еще так далеко, но она только что дразняще подтолкнула ее ближе.

Ученые с помощью генной инженерии создали растение не только с видимым свечением, но и с самоподдерживающимся свечением, которое длится в течение всего жизненного цикла растения.

Это потрясающее улучшение по сравнению с предыдущими светящимися растениями. Он ярче, чем предыдущие генно-инженерные растения табака, и его не нужно подпитывать химическими веществами для поддержания люминесценции. Кроме того, продолжительность свечения намного больше, чем у светящихся растений, полученных с помощью растительной нанобионики.

Конечно, все мы сразу же думаем о захватывающем дух ночном саду в стиле Avatar , который сверкает и мерцает в темноте и — в будущем — снижает нашу зависимость от электрического освещения.

Но светящаяся зелень также может помочь нам понять сами растения — как работает их метаболизм и как они реагируют на окружающий мир.

Команда работала над двумя видами табака. И, в отличие от предыдущих генно-инженерных светящихся растений, в которых использовались биолюминесцентные бактерии или ДНК светлячков, эти растения были созданы с использованием ДНК биолюминесцентных грибов.

«Хотя гены бактериальной биолюминесценции могут быть нацелены на пластиды для создания автолюминесценции, это технически громоздко и не дает достаточного света», — написали исследователи в своей статье.

«Цикл кофеиновой кислоты, являющийся метаболическим путем, отвечающим за люминесценцию у грибов, был недавно охарактеризован. Мы сообщаем об испускании света у растений Nicotiana tabacum и Nicotiana benthamiana без добавления какого-либо экзогенного субстрата с помощью инженерных генов биолюминесценции грибов. в ядерный геном растения «.

Только в конце 2018 года группа исследователей (многие из которых также работали над этим новым исследованием) опубликовала статью о биосинтезе грибного люциферина, соединений, которые вызывают свечение люминесцентных грибов.

Они обнаружили, что эти грибы синтезируют люциферин из соединения, называемого кофейной кислотой, под действием четырех ферментов. Два фермента работают над превращением кофейной кислоты в люминесцентный предшественник; третий фермент окисляет этот предшественник с образованием фотона. Четвертый фермент затем превращает молекулу обратно в кофейную кислоту, которую можно переработать с помощью того же процесса.

И вот тут начинается самое интересное, потому что кофейная кислота (не имеющая отношения к кофеину) содержится во всех растениях.Это ключ к биосинтезу лигнина, древесного полимера, придающего стенкам растительных клеток жесткость и прочность.

Команда пришла к выводу, что, следовательно, можно было бы генетически сконструировать растения, чтобы перераспределить часть их кофейной кислоты для биосинтеза люциферина, как это наблюдается у биолюминесцентных грибов.

Они объединили свои табачные растения с четырьмя генами грибов, связанных с биолюминесценцией, и тщательно их культивировали. И они обнаружили, что растения светились видимым невооруженным глазом светом от всходов до зрелости — без каких-либо видимых потерь для здоровья растения.

«Общий фенотип, содержание хлорофилла и каротиноидов, время цветения и прорастание семян не отличались от табака дикого типа в теплице, за исключением 12-процентного увеличения средней высоты трансгенных растений», — пишут исследователи. в своей статье.

«Это говорит о том, что, в отличие от экспрессии бактериальной биолюминесценции, экспрессия цикла кофейной кислоты не токсична для растений и не накладывает очевидного бремени на рост растений, по крайней мере, в теплице.»

Они обнаружили, что молодые части растения светятся наиболее ярко, а цветы становятся ярче всех. Они производят, по словам исследователей, около миллиарда фотонов в минуту. Этого недостаточно, чтобы читать, но оно достаточно яркое.

По словам исследователей, он также примерно в 10 раз ярче, чем другие светящиеся растения, полученные с помощью генной инженерии. Это не самое яркое растение из всех произведенных; эта честь принадлежит кресс-салату, произведенному учеными из Массачусетского технологического института с использованием метода под названием нанобионика растений, который генерировал свечение около триллиона фотонов в секунду … но длилось оно всего 3.5 часов.

Это новое долгосрочное самоподдерживающееся свечение, как обнаружила команда, может служить индикатором того, как растения реагируют на внешнюю среду. Когда, например, они кладут рядом кожуру банана, растения светятся ярче в ответ на испускаемый этилен.

Также наблюдаемое мерцание и волны в свете, вызванные внутренними метаболическими процессами, которые обычно скрыты, предполагая, что это исследование может быть интересным способом изучения здоровья растений.

«Включая автономное световое излучение, можно отслеживать динамические процессы в растениях, включая развитие и патогенез, реакцию на условия окружающей среды и эффекты химической обработки», — написали исследователи в своей статье.

«Устраняя необходимость экзогенного добавления люциферина или других субстратов, эти люминесцентные способности должны быть особенно полезны для экспериментов с растениями, выращиваемыми в почве».

Тем временем команда работает над расширением исследования.У них есть генетически модифицированные популярные цветковые растения, такие как барвинок, петунии и розы. Они также пытаются добиться еще более яркого свечения и разных цветов. И они думают о гораздо большем.

«Хотя кофеиновая кислота не является естественной для животных, автономная люминесценция также может быть активирована у животных», — писали они.

Не было бы , что было бы чем-то.

Исследование опубликовано в журнале Nature Biotechnology .

Инженеры создают растения, которые светятся | MIT News

Представьте, что вместо того, чтобы включать лампу, когда стемнеет, вы можете читать при свете светящегося растения на своем столе.

Инженеры Массачусетского технологического института сделали важный первый шаг на пути к воплощению этой мечты в реальность. Встраивая специальные наночастицы в листья кресс-салата, они заставляли растения излучать тусклый свет в течение почти четырех часов. Они считают, что при дальнейшей оптимизации такие растения однажды станут достаточно яркими, чтобы освещать рабочее место.

«Идея состоит в том, чтобы создать растение, которое будет функционировать как настольная лампа — лампа, которую не нужно включать в розетку. В конечном итоге свет питается за счет энергетического метаболизма самого растения», — говорит Майкл Страно, Углерод P.Даббс, профессор химической инженерии Массачусетского технологического института и старший автор исследования.

По словам исследователей, эту технологию можно также использовать для обеспечения слабого внутреннего освещения или для преобразования деревьев в автономные уличные фонари.

Постдок из Массачусетского технологического института Сон-Йонг Квак является ведущим автором исследования, которое опубликовано в журнале Nano Letters .

Нанобионические растения

Нанобионика растений, новое направление исследований, впервые начатое лабораторией Страно, направлено на придание растениям новых свойств путем внедрения в них различных типов наночастиц.Цель группы состоит в том, чтобы спроектировать заводы, которые взяли бы на себя многие функции, которые сейчас выполняются электрическими устройствами. Исследователи ранее разработали установки, которые могут обнаруживать взрывчатые вещества и передавать эту информацию на смартфон, а также растения, которые могут отслеживать условия засухи.

Освещение, на которое приходится около 20 процентов мирового потребления энергии, казалось следующей логической целью. «Растения могут самовосстанавливаться, у них есть собственная энергия, и они уже адаптированы к окружающей среде», — говорит Страно.«Мы думаем, что время этой идеи пришло. Это идеальная проблема для растительной нанобионики ».

Чтобы создать свои светящиеся растения, команда Массачусетского технологического института обратилась к люциферазе, ферменту, который придает светлячкам их сияние. Люцифераза действует на молекулу люциферина, заставляя ее излучать свет. Другая молекула, называемая коферментом А, помогает этому процессу, удаляя побочный продукт реакции, который может ингибировать активность люциферазы.

Команда Массачусетского технологического института упаковала каждый из этих трех компонентов в носитель наночастиц разного типа.Наночастицы, которые сделаны из материалов, которые Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США классифицирует как «в целом считается безопасным», помогают каждому компоненту попасть в нужную часть растения. Они также предотвращают достижение концентраций компонентов, которые могут быть токсичными для растений.

Исследователи использовали наночастицы диоксида кремния диаметром около 10 нанометров для переноса люциферазы, и они использовали более крупные частицы полимеров PLGA и хитозана для переноса люциферина и кофермента А соответственно.Чтобы частицы попали в листья растений, исследователи сначала суспендировали частицы в растворе. Растения погружали в раствор, а затем подвергали воздействию высокого давления, позволяя частицам проникать в листья через крошечные поры, называемые устьицами.

Частицы, выделяющие люциферин и кофермент А, были разработаны для накопления во внеклеточном пространстве мезофилла, внутреннего слоя листа, в то время как более мелкие частицы, несущие люциферазу, проникают в клетки, составляющие мезофилл.Частицы PLGA постепенно высвобождают люциферин, который затем попадает в клетки растений, где люцифераза выполняет химическую реакцию, заставляющую люциферин светиться.

Первые усилия исследователей в начале проекта дали растения, которые могли светиться около 45 минут, а с тех пор они улучшили время до 3,5 часов. Свет, излучаемый одним 10-сантиметровым ростком кресс-салата, в настоящее время составляет примерно одну тысячную от количества, необходимого для чтения, но исследователи полагают, что они могут увеличить излучаемый свет, а также продолжительность света, путем дальнейшей оптимизации концентрации и высвобождения. ставки компонентов.

Трансформация растений

Предыдущие попытки создания светоизлучающих растений основывались на генетической инженерии растений для экспрессии гена люциферазы, но это трудоемкий процесс, дающий очень тусклый свет. Эти исследования проводились на растениях табака и Arabidopsis thaliana , которые обычно используются для генетических исследований растений. Однако метод, разработанный лабораторией Страно, можно использовать на любом типе растений. Пока что они продемонстрировали это с рукколой, капустой и шпинатом в дополнение к кресс-салату.

В будущих версиях этой технологии исследователи надеются разработать способ окрашивания или распыления наночастиц на листья растений, что позволит превратить деревья и другие крупные растения в источники света.

«Наша цель — провести одну обработку, когда растение представляет собой рассаду или зрелое растение, и сохранить ее на протяжении всего срока службы растения», — говорит Страно. «Наша работа очень серьезно открывает двери для уличных фонарей, которые представляют собой не что иное, как обработанные деревья, а также для непрямого освещения вокруг домов.”

Исследователи также продемонстрировали, что они могут выключить свет, добавив наночастицы, несущие ингибитор люциферазы. По словам исследователей, это может позволить им в конечном итоге создать растения, которые отключают излучение света в ответ на такие условия окружающей среды, как солнечный свет.

Исследование финансировалось Министерством энергетики США.

Ученые создают растения, светящиеся в темноте — CNN

Но флуоресцентная листва больше не может быть предметом научной фантастики, поскольку ученые нашли способ выращивать светящиеся в темноте растения, которые излучают и поддерживают загадочный зеленый отблеск на протяжении всего жизненного цикла.Биолюминесценция — излучение света организмом — происходит у широкого круга животных и микроорганизмов, включая некоторые грибы, насекомых, рыб, морских беспозвоночных и бактерии.

Некоторые из самых известных примеров этого явления включают мерцание светлячков или удары синих электрических волн в тропических морях.

Обнаружив, что биолюминесценция, обнаруженная в некоторых грибах, метаболически похожа на некоторые из естественных процессов, обнаруживаемых в растениях, ученые смогли перенести последовательности ДНК в растения табака, заставляя их излучать ярко-зеленое свечение.Исследователи обнаружили, что это свечение сохраняется на протяжении всего жизненного цикла растения, от всходов до созревания.

«Мы показываем, что вы можете перенести четыре гена из этих светящихся грибов в растения — и связать их с метаболизмом растений — так, чтобы растения начали светиться в темноте», — Карен Саркисян, один из ведущих авторов исследования. опубликовано в журнале Nature Biotechnology в понедельник, сообщает CNN. В отличие от других люминесцентных технологий, сказал он CNN, недавнее открытие команды позволит растениям светиться в темноте без использования внешних химикатов.

По словам исследователей, эту технологию можно использовать для различных целей, в том числе для создания декоративных светящихся растений и цветов.

Свет, излучаемый растениями, также можно использовать для изучения их внутренней работы — исследователи заметили мерцающие узоры и световые волны в организмах, показывая поведение растений, которое обычно не наблюдается.

В то время как биолюминесценция происходит во всем мире природы, Саркисян сказал CNN, что растения ранее не проявляли этого явления.

«Мы склонны не обращать внимания на растения, мы склонны не ценить, насколько они сложны и насколько они живы. Они посылают множество различных сигналов, они интегрируются и принимают множество решений, связанных с развитием, и мы не очень ценим их», он сказал.

«Когда они светятся, это каким-то образом создает новые отношения с растениями, и вы можете гораздо легче оценить, насколько они живы», — добавил он.

В ходе совместных исследований ученые говорят, что им удалось создать растения, которые светятся «в десять раз» ярче, не повреждая листву.

Говорят, что другие растения, в том числе петунии, розы и барвинки, можно приспособить, чтобы заставить их светиться, и что в будущем растения можно даже приспособить, чтобы изменять свой цвет, яркость или даже реагировать на окружающую среду.

Что случилось с Kickstarter светящегося завода?

Последнее обновление пришло тихо во вторник вечером. «С сожалением вынужден сообщить, что мы достигли важной точки перехода», — написал Энтони Эванс, создатель проекта Glowing Plant.Эта «переходная точка» была скорее конечной точкой: у проекта закончились деньги. Квестов по генетической инженерии растения, светящегося в темноте, больше не было.

Четыре года назад проект Glowing Plant собрал на Kickstarter почти полмиллиона долларов, что легко превзошло его первоначальный запрос в 65 000 долларов. Конечно, было. Представленное видение было такой мощной фантазией. «Что, если, — спросил Эванс, перекрывая громкую музыку в видеоролике, — мы будем использовать деревья для освещения наших улиц вместо уличных фонарей?» Что, если бы вы могли получить освещение без электричества? Что, если бы мир природы светился, как в Avatar ?

Это романтическое видение так идеально воплотило в себе обещания синтетической биологии, области, которая рассматривает мир природы как еще одну систему, которую нужно спроектировать и спроектировать.В этом случае синтетическая биология стала возможным решением одной из самых острых мировых энергетических проблем: производства электроэнергии. К тому же это звучало чертовски круто.

Кампания на Kickstarter обещала своим покровителям только небольшое светящееся растение в горшке, и я сомневаюсь, что многие спонсоры действительно питали иллюзии относительно деревьев, освещающих ночное небо в ближайшее время. Но поддержка проекта была небольшим способом купить гораздо более грандиозное видение.

«Многие биотехнологические стартапы терпят неудачу. Я думаю, что этот, возможно, больше разочаровывает меня и других из-за того, что он, кажется, представляет.

«Многие биотехнологические стартапы терпят неудачу. Я думаю, что этот, возможно, больше разочаровывает меня и других из-за того, что он, кажется, представляет », — говорит Тодд Куикен, научный сотрудник Центра генной инженерии и общества Университета Северной Каролины, который также участвовал в кампании проекта на Kickstarter. Светящиеся растения были одним из первых проектов в области синтетической биологии, который действительно захватил воображение публики.

В то время, когда «генетически модифицированный организм», или ГМО, является такой отравленной фразой, успех проекта в области краудфандинга, казалось, предполагал, что распространенному, хотя и смутному недоверию генетической модификации можно противопоставить чувство удивления перед сияющим растением.(Однако по мере роста кампании Kickstarter экологические группы подняли вопросы, и сайт краудфандинга позже запретил раздавать генетически модифицированные организмы.)

Команда также столкнулась с жесткими реалиями проектирования даже небольшого светящегося растения. «Мы не ожидали появления некоторых неизвестных технических проблем, с которыми мы столкнемся», — сказал мне Эванс. (Однако многие ученые в то время скептически относились к графику проекта.) Эванс имеет степень магистра делового администрирования и имеет опыт работы с мобильными приложениями, хотя двое его соучредителей, которые с тех пор покинули проект, имели опыт работы в синтетической биологии.

Чтобы растение хорошо светилось, исследовательской группе пришлось вставить шесть генов. Но у них никогда не получалось получить все шесть сразу. В лучшем случае некоторые растения светились очень тускло. (Фотография светящегося растения выше сделана с длительной выдержкой, поэтому оно кажется намного ярче, чем есть на самом деле.) Эванс говорит, что теперь он понимает, что пытается вставить шесть генов в сложный организм, такой как растение, а не в одноклеточные бактерии или дрожжи — было преждевременным.

Вот почему TAXA, компания, которую Эванс основал для работы над светящимися растениями, в конечном итоге обратилась к созданию генетически модифицированного мха, пахнущего пачули, чтобы субсидировать продолжающиеся исследования светящихся растений.Мох — более простой организм. У них вырос душистый мох, но последний пучок был заражен, и его нельзя было отправить покупателям. Без мха невозможно было продолжать финансирование компании. Именно тогда Эванс понял, что светящихся растений не бывает.

«Я действительно боюсь разочаровать того 16-летнего парня, который увидел это и вообразил прекрасное светлое будущее, измученное и разочаровывающее людей», — говорит он. Несмотря на то, что несколько разгневанных сторонников просят вернуть деньги, большинство комментариев по обновлению Kickstarter до сих пор носят положительный характер.В рамках проекта регулярно предоставлялись подробные сведения о сложности проектирования заводов. Последнее обновление было его 67-м.

«Светящийся завод был культовым».

За четыре года, прошедшие с момента основания Glowing Plant, синтетическая биология привлекла внимание инвесторов. «Glowing Plant был культовым», — говорит Райан Бетенкур, программный директор IndieBio, акселератора для стартапов в области биологии. «Это была одна из тех вещей, которые заставили меня понять, что пришло время начать развивать синтетическую биологию». Между тем технология секвенирования и синтеза ДНК только подешевела.

Недавно стартапы в области синтетической биологии, такие как Bolt Threads и Ginkgo Bioworks, собрали десятки миллионов долларов. Синтетическая биология имеет реальный потенциал разрушить обширные сети того, как мы получаем вещи — одежду, еду, энергию, — но эти две компании также используют романтическое видение того, что такое природа и что она может быть. Bolt Threads торгует очарованием паучьего шелка. Недавно он представил галстук стоимостью 314 долларов, сделанный из паучьего шелка, произведенный в чанах и пряденный машинным способом. Ginkgo Bioworks производит ароматизаторы и ароматизаторы; он заигрывал с идеей создания духов из воскрешенных цветов ледникового периода.

Обе компании также работают с генетически модифицированными дрожжами — простыми одноклеточными организмами, которые Glowing Plant превзошла.

Ученые создают светящиеся растения, используя ДНК биолюминесцентных грибов

Ученые создали светящиеся растения, используя ДНК биолюминесцентных грибов.Gif: Planta / Gizmodo

Декоративные комнатные растения с устойчиво светящимися листьями и цветами теперь на шаг ближе к реальности, спасибо к прорыву, в котором ученые использовали биолюминесцентные свойства грибов.

В светящихся растениях нет ничего нового, поскольку ученые ранее добились этого, используя биолюминесцентные гены, обнаруженные у бактерий. Проблема в том, что эти растения не светятся очень ярко, вероятно, поэтому они не прижились.

Новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Biotechnology, описывает новую технику, в которой ДНК биолюминесцентных грибов использовалась для создания растений, которые светятся в 10 раз ярче, чем их предшественники, питаемые бактериями. Со временем ботаники смогут использовать эту технику для изучения внутреннего устройства растений, но она также открывает возможность использования светящихся декоративных растений в наших домах.

Светящиеся молодые растения. Изображение: Planta

Новое исследование, проведенное Кареном Саркисяном и Ильей Ямпольским из Российской академии наук, описывает растения табака, которые были генетически модифицированы для экспрессии недавно открытой биолюминесцентной системы, обнаруженной в грибах. Табак был выбран потому, что эти растения генетически просты и быстро растут, но новая техника должна работать и на других видах растений.

G / O Media может получить комиссию

Ключом к процессу является органическая молекула, называемая кофейной кислотой, которая содержится во всех растениях.Два фермента превращают кофейную кислоту в люминесцентный предшественник, который затем обрабатывают третьим ферментом, производя окисленную молекулу, способную испускать фотоны, то есть свет. Невероятно, но растения производили около 10 миллиардов фотонов в минуту на длинах волн, достигающих максимума от 500 до 550 нанометров (зеленый диапазон видимого спектра света). Растения и грибы не связаны между собой тесно, но исследователи использовали метаболический процесс, совместимый с обоими.

Светящиеся цветы.Изображение: Planta

Это привело к появлению самоподдерживающихся биолюминесцентных растений, в которых растения производили собственное свечение без введения посторонних биохимических веществ. Они непрерывно светились на протяжении всего своего жизненного цикла, и изменение, похоже, не повредило их нормальному развитию и здоровью. Свечение можно было увидеть невооруженным глазом, появившись на листьях, стеблях, корнях и цветках растений, созданных методом биоинженерии.

Этот прорыв может предоставить ученым новый способ наблюдения за внутренней работой растений, такой как наблюдение за их свечением для изучения метаболизма растений.Интересно, что молодые растения светились ярче, чем старые, а цветы оказались самой светящейся частью. Иногда свечение угасало и перетекало в узоры, намекая на неизвестные внутренние процессы.

Интересно, что эти растения можно было использовать и в декоративных целях. И действительно, это именно то, о чем думают эти ученые, поскольку исследования вылились в новую компанию под названием Light Bio. Сам проект частично финансировался ООО «Планта», биотехнологическим стартапом со штаб-квартирой в Москве, поэтому коммерческие последствия были очень важны с самого начала.Среди других финансовых вкладчиков — Российский научный фонд и Фонд «Сколково». Всего 27 участников указаны в качестве авторов новой статьи.

Исследование проводилось на растениях табака, но, по словам исследователей, такие виды, как барвинок, петуния и роза, могут быть изменены таким же образом. Забегая вперед, ученые хотели бы сделать растения еще ярче и, возможно, даже способными реагировать на людей и окружающую среду.

Светящиеся в темноте растения и другие биолюминесцентные существа

Planta

Светящиеся в темноте растения

Группа ученых создала растения, которые светятся в темноте, свечение называется биолюминесценцией и встречается у множества различных насекомых. морские существа и даже грибы.

Ученые заставляли растения светиться, вводя в них ДНК светящихся грибов.

В их отчете в журнале Nature Biotechnology говорится, что они обнаружили растения, у которых ДНК грибов непрерывно светилась на протяжении всего их жизненного цикла, от всходов до созревания.

Но зачем они это сделали? Что ж, говорят, новое открытие можно использовать для создания светящихся цветов, светящихся цветов и других декоративных растений.

Что такое биолюминесценция?

Это когда живые существа создают и излучают свой собственный свет.

Многие морские существа, бактерии, грибки и некоторые насекомые, такие как светлячки, используют его.

Чтобы наслаждаться сайтом CBBC Newsround в лучшем виде, вам необходимо включить JavaScript.

Биолюминесцентные водоросли в Джервис-Бей, Австралия, светятся на очаровательном ночном дисплее.

Свет образуется в результате химической реакции в организме животного.

Свечение используется по разным причинам, в том числе для общения друг с другом, поиска добычи, укрытия от хищников или предупреждения о них, а также для привлечения партнера.

Целых 76 процентов морских животных являются биолюминесцентными, производя свой собственный свет посредством ряда химических реакций или содержащих бактерии, излучающие свет.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *