Genetika | Světlo | Rostliny

Živé lampičky: Nový systém dovoluje rostlinám vyzařovat do okolí desetkrát silnější světlo než dříve

  • Bude nám na nočním stolku místo lampičky svítit pokojová květina?
  • Nový systém produkce světla bioluminiscencí zajistili zatím genetici jen rostlinám tabáku
  • V blízké budoucnosti ale začnou produkovat svítící běžné domácí květiny

Svítící rostliny nejsou nijak žhavá novinka. Objevily se dokonce plány na výsadbu alejí svítících stromů v ulicích měst, protože by se tak zajistilo jejich osvětlení a ušetřilo by se za elektřinu. Stávající rostliny však svítily jen slabě a na osvětlení jakéhokoli veřejného prostranství jejich záře nestačí.

Nyní přichází mezinárodní tým vědců pod vedením Karen Sarkisjanové a Ilji Jampolského s novým systémem, který dovoluje rostlinám vyzařovat do okolí desetkrát silnější světlo, než jaké vydávaly dřívější svítící rostliny. Výsledky experimentů zveřejnil přední vědecký časopis Nature Biotechnology.

V přírodě vydává světlo celá řada organismů. Mnohé z nich však září „vypůjčeným“ světlem, protože jejich světelné orgány hostí svítící bakterie. To je případ svítících ryb nebo svítících sépií, které si pro tyto účely ochočily bakterii Vibrio fischeri. K organismům produkujícím světlo vlastními silami patří např. medúza pohárkovka druhu Aequorea victoria, některé druhy korálovců nebo světlušky.

Biochemické procesy zajišťující tvorbu světla mnohých dalších organismů vědci zatím dostatečně neprozkoumali. V poslední době se vědci pokoušeli „rozsvítit“ rostliny pomocí genů vypůjčených od svítících bakterií. Výsledky těchto experimentů však byly neuspokojivé, protože bakteriální geny pracovaly v rostlinách jen velmi neochotně a jejich produkty se ukázaly pro rostliny jako toxické.

První svítící rostliny vytvořili vědci už před třiceti lety s pomocí genů vypůjčených od světlušek. Světlo však bylo slabé a jeho intenzita silně kolísala. Nyní vědci vyzkoušeli systém produkce světla vypůjčený od hub, který byl popsán teprve nedávno. Nové experimenty ukázaly, že je snadno přenosný do rostlin, kterým pak svítí stonky, kořeny, listy a květy zeleným světlem o vlnové délce mezi 500 a 550 nanometry.

V tomto případě je klíčovou molekulou pro produkci světla molekula kyseliny kávové. Tato látka se v rostlinách vyskytuje zcela přirozeně v hojném množství, protože slouží jako jeden z meziproduktů při syntéze ligninu důležitého pro stavbu rostlinných pletiv. Kyselina kávová ale vstupuje i do syntézy flavonoidů, antokyanů nebo taninů.

Jak napovídá název této organické kyseliny, vyskytuje se v kávě. Ta jí však obsahuje jen malá množství. Mnohem bohatším zdrojem kyseliny kávové jsou mateřídouška, šalvěj lékařská nebo máta klasnatá. Jeden z nejvydatnějších přírodních zdrojů kyseliny kávové nabízí severoamerický keř temnoplodec černoplodý.

Enzymy hub rozsvěcí tabák

Produkci světla zajišťují rostlinám tabáku tři enzymy vypůjčené ze svítících hub špiček druhu Neonothopanus nambi. První dva mění kyselinu kávovou na prekurzor bioluminiscenční látky a třetí enzym pak dílo dokoná za vzniku svítící formy luciferinu. Díky tomu vyzařuje každá rostlina svítícího tabáku desítky miliard fotonů za minutu. Čtvrtý enzym vypůjčený od hub pak recykluje luciferin zpět na kyselinu kávovou a přispívá k tomu, že se základní surovina nevyčerpá. Rostliny produkcí světla nijak netrpí a vyvíjejí se zcela normálně.

Savci kyselinu kávovou v organismu nesyntetizují, ale její produkci lze v savčích buňkách zajistit dvěma rostlinnými geny pro produkci enzymů metabolizujících aminokyselinu tryptofan. Vědcům se tak podařilo „rozsvítit“ laboratorně pěstované savčí buňky. Můžeme se proto těšit i na svítící zvířata od hmyzu, přes ryby až po savce. Ti by měli sloužit takřka výhradně pro výzkumné účely.

Svítící tabáky pomohou vědcům pronikat do tajů fyziologických procesů rostlin. Volba nepadla na tyto rostliny proto, aby mohly tabákové firmy vyrábět svítící cigarety. Tabák slouží rostlinným fyziologům jako „laboratorní myš“. Vědci dokážou jeho dědičnou informaci celkem snadno měnit a následně sledovat výsledné efekty těchto zásahů.

Přesto by se měly nové svítící rostliny dostat k zákazníkům a to jako dekorativní pokojové nebo zahradní květiny. Vědci už pracují na přenosu genů pro produkci světla u barvínku, petúnií a růží. Doufají, že se jim podaří svit ještě zesílit. V plánu mají i rostliny, které by se rozsvěcely v reakci na změnu podmínek, např. na přítomnost člověka.

Na vývoji svítících tabáků se podílela ruská biotechnologická firma Planta LLC. Pro produkci okrasných svítících rostlin však vědci založili novou společnost Light Bio. S její produkcí se ale takřka jistě nesetkáme, protože v zemích Evropské unie podléhají geneticky modifikované organismy velmi přísné regulaci. Lze si jen těžko představit, že by Evropská komise dala svítícím okrasným rostlinám zelenou.

Diskuze (4) Další článek: Intel ukázal obří grafický čip Xe. Na první pohled vypadá jako procesor

Témata článku: Příroda, Výzkum, Evropská unie, Genetika, Světlo, Zvířata, Rostliny, Tabák, Kyselina, Nový systém, Evropská komise, Vědec, Květiny, Lampička, Produkce, Enzym


Určitě si přečtěte