Wissenschaftler erzeugen leuchtende Pflanzen mit Biolumineszenz-Pilz-DNA

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Zierpflanzen mit nachhaltig leuchtenden Blättern und Blüten sind dank eines Durchbruchs, bei dem Wissenschaftler die Biolumineszenzkräfte von Pilzen nutzten, der Realität einen Schritt näher gekommen.

Leuchtende Pflanzen sind nichts Neues, da Wissenschaftler dies zuvor durch die Verwendung von in Bakterien vorkommenden Biolumineszenzgenen erreicht haben. Das Problem ist, dass diese Pflanzen nicht sehr hell leuchten, weshalb sie sich wahrscheinlich nicht durchgesetzt haben.

Neue heute in Nature Biotechnology veröffentlichte Forschungsergebnisse beschreiben eine neue Technik, bei der die DNA von Biolumineszenzpilzen verwendet wurde, um Pflanzen zu erzeugen, die zehnmal heller leuchten als ihre bakteriengetriebenen Vorläufer. Botaniker könnten diese Technik schließlich verwenden, um das Innenleben von Pflanzen zu untersuchen, aber sie führt auch die Möglichkeit ein, leuchtende Zierpflanzen für unsere Häuser zu leuchten.

Leuchtende Jungpflanzen. Bild: Planta

Die neue Studie unter der Leitung von Karen Sarkisyan und Ilia Yampolsky von der Russischen Akademie der Wissenschaften beschreibt Tabakpflanzen, die genetisch verändert wurden, um ein kürzlich entdecktes Biolumineszenzsystem in Pilzen auszudrücken. Tabak wurde gewählt, weil diese Pflanzen genetisch einfach sind und schnell wachsen, aber die neue Technik sollte auch bei anderen Pflanzenarten funktionieren.

Der Schlüssel zum Prozess ist ein organisches Molekül namens Kaffeesäure, das in allen Pflanzen vorkommt. Zwei Enzyme wandeln die Kaffeesäure in einen Lumineszenzvorläufer um, der dann mit einem dritten Enzym behandelt wurde, wodurch ein oxidiertes Molekül erzeugt wurde, das Photonen, dh Licht, herausschießen kann. Unglaublicherweise produzierten die Pflanzen rund 10 Milliarden Photonen pro Minute bei Wellenlängen zwischen 500 und 550 Nanometern (dem grünen Bereich des sichtbaren Lichtspektrums). Pflanzen und Pilze sind nicht eng miteinander verwandt, aber die Forscher nutzten einen Stoffwechselprozess, der mit beiden kompatibel ist.

Leuchtende Blumen. Bild: Planta

Dies führte zu autarken Biolumineszenzpflanzen, bei denen die Pflanzen ohne Einführung fremder Biochemikalien ihren eigenen Glanz erzeugten. Sie leuchteten während ihres gesamten Lebenszyklus kontinuierlich und die Modifikation schien ihre normale Entwicklung und Gesundheit nicht zu beeinträchtigen. Das Leuchten war mit bloßem Auge zu sehen und trat in Blättern, Stielen, Wurzeln und Blüten der biotechnisch hergestellten Pflanzen auf.

Der Durchbruch könnte Wissenschaftlern eine neue Möglichkeit bieten, das Innenleben von Pflanzen zu beobachten, beispielsweise die Überwachung ihres Glanzes, um den Stoffwechsel einer Pflanze zu untersuchen. Interessanterweise leuchteten junge Pflanzen heller als ältere, und Blumen erwiesen sich als der leuchtendste Teil. Manchmal verebbten und flossen die Lichter in Mustern, was auf unbekannte interne Prozesse hindeutete.

Aufregenderweise könnten diese Pflanzen auch für Zierzwecke verwendet werden. Genau das denken diese Wissenschaftler, denn die Forschung hat sich zu einem neuen Unternehmen namens Light Bio entwickelt. Das Projekt selbst wurde teilweise von Planta LLC, einem Biotech-Startup mit Hauptsitz in Moskau, finanziert, sodass die wirtschaftlichen Auswirkungen von Anfang an im Vordergrund standen. Weitere finanzielle Beiträge waren die Russian Science Foundation und die Skolkovo Foundation. Insgesamt 27 Mitwirkende sind als Autoren des neuen Papiers aufgeführt.

Die Studie wurde an Tabakpflanzen durchgeführt, aber Arten wie Immergrün, Petunie und Rose konnten nach Ansicht der Forscher auf die gleiche Weise modifiziert werden. Mit Blick auf die Zukunft möchten die Wissenschaftler die Pflanzen noch heller machen und möglicherweise sogar auf Menschen und Umgebung reagieren können.

Ausgewähltes Bild: Planta / Gizmodo

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