Светящиеся растения в природе: экономия на освещении улиц и стильный ландшафтный дизайн | Дропшиппинг

Содержание

экономия на освещении улиц и стильный ландшафтный дизайн

Собака Баскервилей, своим светящимся в темноте оскалом доведшая до смерти сэра Чарльза Баскервиля и чуть было не уморившая Генри Баскервиля в романе Артура Конан Дойла, была обыкновенной собакой. Светилась она только благодаря злому умыслу и фосфору на морде. Однако живые организмы, самостоятельно светящиеся в темноте, действительно существуют.

Учёные пытаются создать светящиеся растения

Бактерии, медузы, моллюски, планктон, светлячки, скорпионы, грибы (в том числе и привычные опята). Сегодня учёным известно более восьми сот светящихся живых организмов. Большинство из них обитает в морях и океанах. Но вот представителей царства Флоры, обладающих способностью к биолюминесценции, учёные пока не обнаружили. Однако человек не привык ждать милостей от Природы: если она по какой-то причине «не додумалась» сделать светящиеся растения, «венец творения» готов сам взяться за это дело.

Ads by

«Bioglow» – компания, создавшая концепт светящегося растения

В природе нет светящихся растений, потому что растения не нуждаются в биолюминесценции.

В микромире свечение – это побочное явление при пищеварении: нейтрализация активного кислорода ферментами бактерий при расщеплении глюкозы. Светлячки и маленькие кальмары-ватазении используют свет для привлечения партнёров, медузы – в качестве шоковой защиты от тех, кто пытается их съесть.

Светящийся от планктона океан

Также есть охотники, привлекающие своих жертв свечением собственного тела. А некоторые виды глубоководных кораллов, по мнению учёных, способны слабый коротковолновый свет, проникающий в глубину, трансформировать в более яркие вспышки. Это явление используется как фитоподсветка для возможности фотосинтеза симбиотических колоний водорослей, живущих в коралловых зарослях.

Растениям светиться ни к чему. Поэтому потребовалось вмешательство генной инженерии, десятилетия работы и солидные капиталовложения. Хлоропласты растений – полуавтономные пластиды, существующие в симбиозе с растениями. Согласно гипотезе, когда-то они были самостоятельными, как и родственные хлоропластам цианобактерии, способные к свечению.

Александр Кричевский (Сент-Луис, США) – специалист в двух областях: изучении явления биолюминесценции морских бактерий и микробиологии растений. У учёного возникла мысль об объединении двух хорошо знакомых ему дисциплин, что он и сделал, создав биотехнологическую компанию «Bioglow, Inc».

Starlight Avatar: воплощение звездного света

Компанией Александра Кричевского был создан концепт светящегося растения – «Starlight Avatar®».

Starlight Avatar — светящееся растение табака. Фото с сайта bioglowtech.com

Свечение Starlight Avatar (растения табака) основано на внедрении в геном растения части гена светлячка – молекулы люциферазы. Чтобы Starlight Avatar светился, необходим катализатор – реакция свечения происходит при окислении люциферазы под действием кислорода в присутствии фермента люциферина. Люциферин содержался в питательной среде, в которой выращивалось растение.

Свечение нового поколения генно-модифицированных растений (слева) в сравнении с Starlight Avatar (справа). Фото с сайта bioglowtech.com

В 2014 году на аукционе компанией Bioglow было продано двадцать экземпляров светящихся Starlight Avatar, растущих в специальных контейнерах. Пока этот свет очень слабый, но лаборатория Александра Кричевского работает над увеличением яркости.

Пока – из области фантастики

В планах Bioglow – создание растений, которые не только смогут украсить ландшафт ночью, но и помогут сэкономить на уличном освещении. Но пока светящиеся растения – это из области фантастики. Starlight Avatar испускает свет, только если его поливать соответствующим раствором.

Российские учёные, работающие над исследованием биолюминесценции и созданием самостоятельно светящихся растений в лаборатории биомолекулярной спектроскопии Института биоорганической химии Российской Академии наук под руководством Ильи Ямпольского, считают, что пока ещё рано планировать клумбы на своих участках с учётом светящихся в темноте роз или пионов и выкорчёвывать живую изгородь, чтобы поменять её на светящуюся.

Они называют биолюминесценцию растений одним из самых амбициозных проектов: «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 представляется маловероятной».

Дорожка со светящимся гравием. Фото с сайта passages-ivm.com

Семян светящихся цветов пока ещё купить нельзя (если вы, конечно, не заплатили 40 $ за гипотетическую возможность получить семена генно-модифицированной резуховидки Таля в краудфандинговом проекте GLOWING PLANTS). Но не расстраивайтесь: зато можно приобрести искусственные светящиеся камни – для декора дорожек на своём участке, создания альпийских горок, видимых и в темноте, и даже для отделки фасада дома. Ну, или на крайний случай – хотя бы для декорирования аквариума.

Светящиеся растения в природе

05.03.2020

5 биолюминесцентных живых организмов, которые освещают мир

Тот, кто когда-либо ловил светлячков и садил их в стеклянную банку, наверняка до сих пор помнит очаровательное свечение этих живых организмов. Светлячки наиболее известные

Природа освещает себя сама

Тот, кто когда-либо ловил светлячков и садил их в стеклянную банку, наверняка до сих пор помнит очаровательное свечение этих живых организмов. Светлячки наиболее известные биолюминесцентные существа, но, оказывается, это явление удивительно распространено в природе. Не удивительно, что дизайнеры все чаще задумываются о создании бесплатного источника энергии для освещения.

Природа освещает себя сама

В последние годы, ряд ученых добился успеха с внесением генетического материала, отвечающего за биолюминесценцию, в растения, которые обычно не светятся в темноте.

Цель состоит в том, чтобы в конечном итоге вывести светящиеся деревья, которыми можно будет заменить уличные фонари, а также комнатные растения, которые заменят бытовые лампы. Это позволит сэкономить огромное количество электрической энергии. Рассмотрим некоторые виды этих увлекательных существ, которые послужили вдохновением для ученых.

Светляки в природной обстановке

В семействе жуков Lampyridae есть около 2000 видов, большинство из которых производят свечение в своем животе. Чаще всего светлячки используют биолюминесценцию в процессе ухаживания за партнером, хотя некоторые экземпляры также используют этот эффект для привлечения добычи. Биология биолюминесцентного свечения светлячков изучалась в течение многих столетий, и ученые теперь имеют детальное понимание этого эффекта – биолюминесценция является результатом химического взаимодействия между люциферином (светящимся веществом), и люциферазой (ферментом, который является катализатором для люциферина.

Диковинный свет червей в пещерах

Arachnocampa является одним из видов, который живет в пещерах и гротах Австралии и Новой Зеландии. Это своеобразное существо вырабатывает шелковые нити подобно паукам, которые затем прикрепляют к потолкам в пещерах. Нити покрыты ядовитой слизью и предназначены для ловли добычи.

У ряда бактерий вида Vibrio есть биолюминесцентные способности, которые могут принимать различные формы. Зачастую на тропических курортах люди видят это свечение, когда волны ночью разбиваются о берег. В этом случае свечение срабатывает при движении волн. Также можно наблюдать свечение при плескании воды в темноте. Иногда эффект возникает в открытом океане, когда светятся сотни миль океанской поверхности. Люди назвали этот эффект “молочное море”.

Морской охотник ловит рыбу на удочку

Одной из самых интригующих и необычных рыб, которая использует биолюминесценцию, является морской черт. Эти причудливые существа имеют органы, называемые Illicium, которые торчат из их голов, и функционируют как удочки. Кончики этих органов заселены биолюминесцентными бактериями, которые служат в качестве приманки. Свечение привлекает других рыб в темной воде и рыба по сути сама заплывает в огромные, клыкастые челюсти морского черта.

Свет грибов в лесу

В некоторых темных лесах по всему миру земля светится, когда человек просто идет по тропе. Это является результатом деятельности грибов, которые живут в гниющей древесине на лесной почве. В отличие от большинства других биолюминесцентных организмов, принцип свечения в грибах менее понятен. Некоторые предполагают, что это используется для привлечения насекомых, которые питаются грибами и тем самым помогают распространять споры. Другие считают, что это служит для отпугивания хищников, поскольку свечение считается признаком токсичности многими существами.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Биолюминесценция: можно ли использовать светящиеся растения

Прежде всего это красиво. Есть тут нечто, задевающее самые глубокие струны души — недаром светящиеся деревья «Аватара» оставляют такое сильное и долгое впечатление. Наконец, это удобно: растения самостоятельно производят энергию, прекрасно адаптированы к уличным условиям и сами восстанавливаются при повреждениях. Недаром стартап Glowing Plant, который несколько лет назад искал 65 тыс. долларов на создание биолюминесцентных растений, стремительно набрал почти полмиллиона. «Такое сочетание простоты, фантастичности и реализуемости встречается редко, — объяснил успех основатель Glowing Plant Энтони Эванс. — 99% людей считают, что такого не бывает. На самом деле это уже в определенной степени факт».

Действительно, в природе существует множество различных биолюминесцентных систем, которые независимо развились у бактерий и грибов, кишечнополостных и членистоногих. Нужно заставить работать такую систему (обычно она включает фермент люциферазу и необходимые для ее работы молекулы люциферина) в растении и при этом не вредить ему. Задача понемногу решается: ген люциферазы светлячков был внесен в растения табака еще в 1980-х. А в 2010 году биологам из Кембриджа удалось использовать весь «светоносный комплекс» светлячка, получив стабильно светящиеся ГМ-бактерии. Повторить работу для растений — для невзрачной на вид, но прекрасно изученной генетиками резуховидки Таля — и собирался Энтони Эванс.

Путь генов

Уверенности стартапу придавала и другая работа 2010 года. В ней Александр Кричевский описал получение ГМ-растений табака, хлоропласты которых содержат шесть генов «светящегося» lux-оперона фотобактерий. Кричевский основал собственную компанию, которая торгует побегами биолюминесцентной линии с названием, отсылающим к деревьям из того же «Аватара» — Starlight Avatar Celestine. Это единственное светящееся растение, которое можно купить сегодня, хотя оно не отличается ни яркостью, ни даже жизнестойкостью. Обещается, что растения проживут 2−3 месяца и «будут различимо светиться в темноте в течение всего этого срока». Энтони Эванс решил, что у него получится решить эти проблемы.

Специалистам его обещания показались чересчур самонадеянными, однако публике идея понравилась. Начав кампанию по сбору средств на платформе Kickstarter, Эванс пообещал всем вложившимся семена светящейся резуховидки, как только те будут получены. Удачный ход позволил привлечь больше 480 тыс. долларов: денег оказалось достаточно, и стартап проработал несколько лет, прежде чем Эванс признал, что технические проблемы его команда решить не в состоянии. Перенесение целой группы генов в нужные участки хромосом в ядре такого сложного организма остается пока невыполнимой задачей.

Путь наночастиц

Другой подход удалось нащупать в том же 2010 году — когда-нибудь эта дата будет особо отмечена в истории создания светящихся растений. Тогда Су Яньсюнь и его коллеги из исследовательского центра RCAS на Тайване искали подходы к усовершенствованию светодиодов и изучали поведение золотых наночастиц в форме сфер с длинными иглами — что-то вроде морских ежей диаметром от 11 до 80 нм. Возникающий на их сложной поверхности плазмонный резонанс позволяет на порядки усилить флуоресцентный сигнал, в том числе и слабое естественное свечение хлорофилла, вызванное взаимодействием с фотонами определенной длины волны.

Доставить наночастицы в растение проще, чем гены: тайваньские физики просто поместили водоросль в раствор на несколько дней. Оказавшись в клетке, золотые «ежи» улавливали ультрафиолетовые фотоны и переизлучали их, заставляя хлорофилл испускать слабое красное свечение. Идею подхватили по другую сторону океана, в лаборатории Майкла Страно, найдя новый и, возможно, самый многообещающий путь к получению биолюминесцентных растений.

Путь синтеза

Профессор Массачусетского технологического института Майкл Страно уверен в успехе не меньше предшественников. «Наша цель — разовая обработка саженца или взрослого растения, которая будет иметь эффект в течение всей его жизни», — сказал он, комментируя разошедшиеся по интернету снимки светящихся листьев жерухи, родственника кресс-салата. Ведь если путь генов требует новых ГМ-растений, то наночастицы способны проникнуть в уже растущие по бульварам деревья. И если у нас не получается перенести сами гены, то можно вооружиться уже готовым биолюминесцентным комплексом молекул.

Демонстрируя новый подход, Страно и его коллеги вымачивали растения в растворе наночастиц, содержащих люциферазу и необходимые ей вещества — люциферин и кофермент А. По мере высвобождения реагентов в листьях шло окисление: варьируя структуру наночастиц, ученые контролировали темп этого процесса и добились четырех часов непрерывного излучения. Конечно, о деревьях-фонарях речи пока не идет: 10-сантиметровое растение производит менее 0,5 мкВт — на порядки меньше, чем нужно для чтения. Однако ученые полны уверенности, что новый путь приведет их к растениям, ярко светящимся всеми цветами.

В самом деле, в природе существует много биолюминесцентных систем, а не так давно биохимики ИБХ РАН синтезировали и пару искусственных аналогов, реакции которых сопровождаются испусканием излучения разных цветов. И если задача перенесения биолюминесцентного комплекса будет решена, то мы сможем получать живые светильники практически любого нужного оттенка. Сияющий огнями ночной лес затмит картины «Аватара», хотя и настольная лампа из светящихся листьев обязательно заденет самые глубокие струны души.

Максим Дубинный, научный сотрудник лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии ИБХ РАН

«Создание автономно биолюминесцентного растения или животного — задача намного более сложная, чем разработка ГМ-организмов, по поводу которых сейчас идет увлеченная дискуссия. В нашей команде под руководством Ильи Ямпольского эта тема была возвращена несколько лет назад практически из забытья. Зато теперь у нас почти готовы новые яркие результаты, о которых не стоит говорить подробнее до выхода научных публикаций. Могу сказать только одно: они уже светятся».

Светящиеся растения: экономия на освещении улиц и стильный ландшафтный дизайн

Учёные пытаются создать светящиеся растения

«Bioglow» – компания, создавшая концепт светящегося растения

В природе нет светящихся растений, потому что растения не нуждаются в биолюминесценции. В микромире свечение – это побочное явление при пищеварении: нейтрализация активного кислорода ферментами бактерий при расщеплении глюкозы. Светлячки и маленькие кальмары-ватазении используют свет для привлечения партнёров, медузы – в качестве шоковой защиты от тех, кто пытается их съесть.

Светящийся от планктона океан

Растениям светиться ни к чему. Поэтому потребовалось вмешательство генной инженерии, десятилетия работы и солидные капиталовложения. Хлоропласты растений – полуавтономные пластиды, существующие в симбиозе с растениями. Согласно гипотезе, когда-то они были самостоятельными, как и родственные хлоропластам цианобактерии, способные к свечению. Александр Кричевский (Сент-Луис, США) – специалист в двух областях: изучении явления биолюминесценции морских бактерий и микробиологии растений. У учёного возникла мысль об объединении двух хорошо знакомых ему дисциплин, что он и сделал, создав биотехнологическую компанию «Bioglow, Inc».

Starlight Avatar: воплощение звездного света

Компанией Александра Кричевского был создан концепт светящегося растения – «Starlight Avatar®».

Starlight Avatar — светящееся растение табака. Фото с сайта bioglowtech.com

Свечение нового поколения генно-модифицированных растений (слева) в сравнении с Starlight Avatar (справа). Фото с сайтаbioglowtech.com

В 2014 году на аукционе компанией Bioglow было продано двадцать экземпляров светящихся Starlight Avatar, растущих в специальных контейнерах. Пока этот свет очень слабый, но лаборатория Александра Кричевского работает над увеличением яркости.

Пока – из области фантастики

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

Оценка статьи:

Загрузка…

Сохранить себе в:

Adblock
detector

Светящиеся растения в природе — Дневник садовода flowers-republic.ru

Рейтинг статьи

Загрузка…

Растениям дали свет

Растения табака с грибными генами засветились так, что видно невооружённым глазом.

Многие живые организмы умеют светиться, то бишь способны к биолюминесценции – считается, что эта способность возникала в ходе эволюции больше сорока раз. Кто-то светится сам по себе, кто-то, как некоторые кальмары, пользуются чужим светом – биолюминесцирующими бактериями, с которыми удалось наладить симбиоз.

С молекулярно-биохимической точки зрения не все механизмы биолюминесценции мы знаем одинаково хорошо. Среди наиболее изученных – знаменитый зелёный флуоресцирующий белок из медузы Aequorea victoria и система люциферин-люцифераза: фермент люцифераза заставляет светиться вещество люциферин. В разных вариантах система люциферин-люцифераза есть у множества организмов, от бактерий до светлячков.

При этом есть целые группы организмов, которые светиться не умеют – например, растения. Им пришлось дожидаться триумфа генной инженерии, чтобы получить собственный свет. Впрочем, триумф случился не сразу. Первые попытки заставить растения светиться были предприняты в ещё в 80-е годы, когда растениям табака пересадили ген фермента люциферазы из светлячка. Такие растения светились недолго и лишь пока им давали люциферин. Позже, в 2010 году, появились растения табака, которым вмонтировали «световые» гены бактерий – такие растения светились слабо, свет от них можно было увидеть с помощью специального приспособления.

И вот сейчас в Nature Biotechnology вышла статья, в которой сотрудники Института биоорганической химии РАН, биотехнологической компании Планта и других научных центров России и Австрии описывают люминесцирующие растения, чей свет можно увидеть невооружённым глазом. На этот раз в растения табака пересадили гены светящихся грибов. Исследователи полностью расшифровали механизм свечения грибов – оказалось, что для свечения нужна кофейная кислота, которая проходит через четыре фермента. Кислота достраивается до более сложного люциферина, который затем окисляется с испусканием света и потом превращается обратно в кофейную кислоту. (На всякий случай уточним, что кофейная кислота и кофеин – два совершенно разных химических соединения.)

Кофейная кислота есть и в растениях: во-первых, она необходима для синтеза лигнина, который делает клеточные стенки прочными, во-вторых, она нужна для синтеза растительных пигментов, летучих соединений и антиоксидантов. Табаку пересадили грибные гены, отвечающие за биохимию «цикла света» – и растения засветились. У них засветились листья, стебля, корни и цветки, и засветились так, что это можно увидеть обычным глазом и снять на обычный смартфон.

И поскольку кофейная кислота нужна растениям для разных целей, то свечение и растительный метаболизм оказались тесно связаны – по свету можно судить о физиологическом состоянии растений и их реакцию на окружающую среду. Например, свет становится сильнее, если рядом с растением положить кожуру спелого банана – она выделяет растительный гормон этилен, который растения не могут не чувствовать. Молодые побеги, 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.

Так что светящиеся растения – это не только суперсовременный элемент дизайна и не только демонстрация возможностей генной инженерии. С их помощью мы сможем больше узнать о самых разных генетических, биохимических и физиологических процессах в растениях, от которых, в конечном счёте, зависит вся наша жизнь.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (РНФ).

Биолюминесценция: можно ли использовать светящиеся растения

Путь генов

Путь наночастиц

Путь синтеза

Максим Дубинный, научный сотрудник лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии ИБХ РАН

5 биолюминесцентных живых организмов, которые освещают мир

Природа освещает себя сама

В последние годы, ряд ученых добился успеха с внесением генетического материала, отвечающего за биолюминесценцию, в растения, которые обычно не светятся в темноте. Цель состоит в том, чтобы в конечном итоге вывести светящиеся деревья, которыми можно будет заменить уличные фонари, а также комнатные растения, которые заменят бытовые лампы. Это позволит сэкономить огромное количество электрической энергии. Рассмотрим некоторые виды этих увлекательных существ, которые послужили вдохновением для ученых.

Светляки в природной обстановке

В семействе жуков Lampyridae есть около 2000 видов, большинство из которых производят свечение в своем животе. Чаще всего светлячки используют биолюминесценцию в процессе ухаживания за партнером, хотя некоторые экземпляры также используют этот эффект для привлечения добычи. Биология биолюминесцентного свечения светлячков изучалась в течение многих столетий, и ученые теперь имеют детальное понимание этого эффекта — биолюминесценция является результатом химического взаимодействия между люциферином (светящимся веществом), и люциферазой (ферментом, который является катализатором для люциферина.

Диковинный свет червей в пещерах

Морской охотник ловит рыбу на удочку

Свет грибов в лесу

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Светящиеся растения: экономия на освещении улиц и стильный ландшафтный дизайн

Учёные пытаются создать светящиеся растения

«Bioglow» – компания, создавшая концепт светящегося растения

Светящийся от планктона океан

Starlight Avatar: воплощение звездного света

Компанией Александра Кричевского был создан концепт светящегося растения – «Starlight Avatar®».

Starlight Avatar — светящееся растение табака. Фото с сайта bioglowtech.com

Свечение нового поколения генно-модифицированных растений (слева) в сравнении с Starlight Avatar (справа). Фото с сайтаbioglowtech.com

В 2014 году на аукционе компанией Bioglow было продано двадцать экземпляров светящихся Starlight Avatar, растущих в специальных контейнерах. Пока этот свет очень слабый, но лаборатория Александра Кричевского работает над увеличением яркости.

Пока – из области фантастики

голоса

Рейтинг статьи

Оценка статьи:

Загрузка…

Adblock
detector

Растения с генетически закодированной автолюминесценцией

Abstract

Автолюминесцентные растения, сконструированные для экспрессии кластера генов бактериальной биолюминесценции в пластидах, не получили широкого распространения из-за низкой светоотдачи. Мы разработали растения табака с системой грибковой биолюминесценции, которая превращает кофейную кислоту (присутствующую во всех растениях) в люциферин и сообщает о самоподдерживающейся люминесценции, видимой невооруженным глазом. Наши результаты могут лежать в основе разработки набора инструментов для визуализации растений.

Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение

Соответствующие статьи

Статьи открытого доступа со ссылками на эту статью.

Расширение репортерных систем люциферазы для бесклеточной экспрессии белков
- Вакана Сато
- , Мелани Расмуссен
- … Катаржина П. Адамала
Научные отчеты Открытый доступ 07 июля 2022 г.
Текущие и будущие достижения в области флуоресцентной визуализации компонентов клеточных стенок растений и механизмов биосинтеза клеточных стенок
- Брайан Т. ДеВри
- , Лиза М. Штайнер
- … Юзеф Мравец
Биотехнология для биотоплива Открытый доступ 29 марта 2021 г.
Антоцианин, новый и удобный репортер для удобного, неразрушающего, недорогого, прямого визуального отбора трансгенных волосатых корней при изучении симбиоза ризобий и бобовых.
- Yinglun Fan
- , Xiuyuan Wang
- … Шаньхуа Лю
Растительные методы Открытый доступ 06 июля 2020 г.

Варианты доступа

Подписаться на журнал

Получить полный доступ к журналу на 1 год

99,00 €

только 8,25 € за выпуск

Расчет налога будет завершен во время оформления заказа.

Купить статью

Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.

32,00 $

Купить

Все цены указаны без учета стоимости.

Рис. 1: Система грибковой биолюминесценции. Рис. 2: Биолюминесцентные растения в процессе развития.

Доступность данных

Наборы данных, созданные или проанализированные в текущем исследовании, можно получить у соответствующих авторов по обоснованному запросу. Необработанные изображения люминесцентных цветов, снятые на камеру Sony Alpha ILCE-7M3 и компьютерную томографию IVIS Spectrum, доступны на сайте Figshare (https://doi.org/10.6084/m9)..figshare.11353601). Последовательности плазмид доступны в Genbank под следующими инвентарными номерами: pHpaB-C1, MT233533; pHpaC-C1, МТ233534; pnnCPH-C1, MT233535; pnnh4H-C1, МТ233536; pnnHispS-C1, MT233537; pnnLuz-C1, MT233538; pnpgA-C1, MT233539; pRCTAL-C1, MT233540; рХ037, МТ233541. Результаты секвенирования Sanger и Illumina доступны в качестве дополнительных данных.

История изменений

04 июня 2020 г.
Опубликовано исправление к данному документу: https://doi. org/10.1038/s41587-020-0578-0

Ссылки

Кричевский, А., Мейерс, Б., Вайнштейн, А., Малига, П. и Цитовски, В. PLoS ONE 5 , e15461 (2010).
Артикул Google ученый
Котлобай А.А. и др. Проц. Натл акад. науч. США 115 , 12728–12732 (2018).
КАС Статья Google ученый
Yan, Y. & Lin, Y. Биосинтез кофейной кислоты и производных кофейной кислоты рекомбинантными микроорганизмами. Патент США 8809028B2 (2012 г.).
Кавамата, С. и др. Физиол клеток растений. 38 , 792–803 (1997).
КАС Статья Google ученый
Gaquerel, E., Gulati, J. & Baldwin, I. T. Plant J. 79 , 679–692 (2014).
КАС Статья Google ученый
Тойота, М. и др. Наука 361 , 1112–1115 (2018).
КАС Статья Google ученый
Сингх, С. К. и др. наук. Респ. 5 , 18148 (2015).
КАС Статья Google ученый
Ли, Л. и др. наук. Респ. 6 , 37976 (2016).
КАС Статья Google ученый
Li, W. et al. наук. Респ. 7 , 12126 (2017).
Артикул Google ученый
Ву, Х. Р., Ким, Х. Дж., Нам, Х. Г. и Лим, П. О. J. Cell Sci. 126 , 4823–4833 (2013).
КАС пабмед Google ученый
«>
Pauwels, L. et al. Проц. Натл акад. науч. США 105 , 1380–1385 (2008).
КАС Статья Google ученый
Bernards, M. A. & Båstrup-Spohr, L. Индуцированная устойчивость растений к травоядным (Springer, 2008).
Сингх, Р., Растоги, С. и Двиведи, ООН Compr. Преподобный Food Sci. Пищевая безопасность 9 , 398–416 (2010).
КАС Статья Google ученый
Weber, E., Engler, C., Gruetzner, R., Werner, S. & Marillonnet, S. PLoS ONE 6 , e16765 (2011).
КАС Статья Google ученый
Айверсон С.В., Хэддок Т.Л., Бил Дж. и Денсмор Д.М. ACS Synth. биол. 5 , 99–103 (2016).
КАС Статья Google ученый
«>
Лазо, Г. Р., Штейн, П. А. и Людвиг, Р. А. Биотехнология 9 , 963–967 (1991).
КАС Статья Google ученый
Rogers, S. O. & Bendich, A. J. Руководство по молекулярной биологии растений (Springer, 1994).

Скачать ссылки

Благодарности

Это исследование было разработано, проведено и профинансировано ООО «Планта». Мы благодарим К. Вуда за помощь в разработке рукописи. Планта выражает благодарность Инновационному центру «Сколково» за поддержку. Мы благодарим Д. Болотина и Милабораторию (milaboratory.com) за доступ к вычислительной инфраструктуре и инфраструктуре хранения. Благодарим С. Шахова за предоставленную фототехнику. Группа синтетической биологии финансируется Лондонским институтом медицинских наук MRC (UKRI MC-A658-5QEA0, KSS). К.С.С. поддерживается исследовательской стипендией Имперского колледжа. Эксперименты частично выполнены на оборудовании, предоставленном Базовым фондом Института биоорганической химии РАН (БХП ИБХ; поддержан грантом Минобрнауки России RFMEFI62117X0018). Ф.А.К. лаборатория поддерживается соглашением о гранте ERC 771209—ЧарФЛ. Этот проект получил финансирование от исследовательской и инновационной программы Horizon 2020 Европейского Союза в рамках Соглашения о гранте Марии Склодовской-Кюри 665385. K.S.S. признает поддержку президентским грантом 075-15-2019-411. Дизайн и сборка некоторых плазмид поддержаны грантом РНФ 19-74-10102. Эксперименты по визуализации частично поддержаны грантом РНФ 17-14-01169р. ЖХ-МС/МС анализы экстрактов были поддержаны грантом РНФ 16-14-00052р. Дизайн и сборка плазмид частично поддержаны грантом 075-15-2019-1789 от Министерства науки и высшего образования Российской Федерации выделен Центру точного редактирования генома и генетических технологий для биомедицины. Авторы выражают признательность Центру геномики Сколковского института науки и технологий за работу по секвенированию и биоинформационному анализу.

Информация об авторе

Примечания автора

Авторы внесли одинаковый вклад: Татьяна Митюшкина, Александр Сергеевич Мишин, Луиза Гонсалес Сомермейер, Надежда М. Маркина, Илья В. Ямпольский, Карен С. Саркисян.

Авторы и аффилированные лица

ООО «Планта», Москва, Россия
Митюшкина Татьяна, Мишин Александр Сергеевич, Маркина Надежда Михайловна, Чепурных Татьяна В., Чепурных Татьяна С., Палкина Е. А. Каратаева, Ксения Палкина Шахова, Лилия И. Фахранурова, Софья В. Чекова, Александра С. Царькова, Олеся А. Мельник, Александр Сергеевич Пушин, Илья В. Ямпольский и Карен Сергеевич Саркисян
Институт биоорганической химии им. наук, Москва, Россия
Митюшкина Татьяна, Мишин Александр Сергеевич, Маркина Надежда Михайловна, Чепурных Татьяна Владимировна, Гугля Елена Борисовна, Каратаева Татьяна Александровна, Палкина Ксения Александровна, Шахова Екатерина Сергеевна, Фахранурова Лилия Ивановна, Царькова Александра Сергеевна, Дмитрий Шлыков, Олеся А. Мельник, Виктория О. Шипунова, Сергей М. Деев, Андрей И. Бубырев, Александр Сергеевич Пушин, Сергей В. Долгов, Илья Владимирович Ямпольский и Карен Сергеевич Саркисян
Институт науки и Technology Austria, Клостернойбург, Австрия
Луиза Гонсалес Сомермейер и Фёдор А. Кондрашов
Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова, Москва, Россия
Елена Б. Гугля, Ярослав В. Голубев, Вадим В. Негребецкий и Илья В. Ямпольский
5
4 Институт Биофизика, Красноярский научный центр СО РАН, Красноярск, Россия
Царькова Александра Сергеевна
ООО «Айвок», Зеленоград, Москва, Россия
Сергей А. Долгушин и Павел В. Шалаев
Ботанический сад Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
Владимир В. Чуб
Группа синтетической биологии, MRC Лондонский институт медицинских наук, Лондон, Великобритания
Саркисян Карен С.
Институт клинических наук медицинского факультета и Центр синтетической биологии Имперского колледжа, Имперский колледж Лондона, Лондон, Великобритания
Саркисян Карен С.

Авторы

Татьяна Митюшкина
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Мишин Александр Сергеевич
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Louisa Gonzalez Somermeyer
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия
Маркина Надежда Михайловна
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Татьяна В. Чепурных
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Гугля Елена Борисовна
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия
Каратаева Татьяна Анатольевна
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Ксения А. Палкина
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Екатерина Сергеевна Шахова
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия
Лилия Ивановна Фахранурова
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
София В. Чекова
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Александра Сергеевна Царькова
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия
Голубев Ярослав Васильевич
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Негребецкий Вадим В.
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Сергей А. Долгушин
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия
Шалаев Павел Васильевич
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Дмитрий Шлыков
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Мельник Олеся Александровна
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Шипунова Виктория Олеговна
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Сергей М. Деев
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Андрей Иванович Бубырев
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Пушин Александр Сергеевич
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Владимир В. Чуб
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Сергей В. Долгов
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Кондрашов Ф. А.
Посмотреть публикации автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Ямпольский Илья Владимирович
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Карен С. Саркисян
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Взносы

T.M., A.S.M., L.G.S., T.V.C., E.B.G., T.A.K., N.M.M., S.V.C., A.S.T., L.I.F., K.A.P., E.S., Y.V.G., V.V.N. и К.С.С. проводили эксперименты. T.M., A.S.M., L.G.S., T.V.C., E.B.G., T.A.K., N. M.M., S.V.C., A.S.T., L.I.F., K.A.P., E.S.S., Y.V.G., V.V.N., S.A.D., A.V. и К.С.С. провел анализ данных. КАК М. разработал установку для визуализации, спланировал и провел эксперименты, проанализировал данные и написал статью. И.В.Ю. и К.С.С. предложил и руководил исследованием, планировал эксперименты и написал статью. Все авторы рассмотрели и прокомментировали проект статьи.

Авторы переписки

Переписка с Илья В. Ямпольский или Карен С. Саркисян.

Декларации этики

Конкурирующие интересы

Работа выполнена при поддержке ООО «Планта». И.В.Ю. и К.С.С. являются акционерами и сотрудниками Planta. Планта подала патентные заявки, связанные с использованием компонентов грибковой биолюминесцентной системы и разработкой светящихся трансгенных организмов.

Дополнительная информация

Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и институциональной принадлежности.

Интегрированная дополнительная информация

Дополнительная информация Рисунок 1. Инженерия автономной люминесценции в клетках млекопитающих.

и . Наложение фонового света (черно-белое) и люминесцентных (псевдоцветных) изображений многолуночного планшета с клетками HEK293T, котрансфицированными плазмидами, кодирующими гены пути биолюминесценции грибов и биосинтеза кофейной кислоты: rctal, hpab, hpac, nnhisps, npga, nnh4h, nncph, nnluz . Репрезентативное люминесцентное изображение трех независимых экспериментов. б . Световая эмиссия автолюминесцентных клеток в стандартной среде МЕМ с 20 мМ HEPES и в той же среде с добавлением кофейной кислоты. Точки данных были собраны в трех независимых экспериментах.

Дополнительный рисунок 2.

Структура плазмиды, используемой для создания линий растений с самоподдерживающейся люминесценцией.

Дополнительный рисунок 3. Фенотип светящегося и дикого типа

Nicotiana tabacum растений.

Горшечные светящиеся растения (линия NT001) и растения дикого типа (линия NT000) одного возраста при рассеянном свете ( a , b ) и в темноте ( c ). Четырехнедельные растения на панели и являются репрезентативными для 100 растений дикого типа и 100 светящихся растений, выращенных in vitro в четырех отдельных экспериментах. д . Сравнение содержания хлорофилла а, хлорофилла b и каротиноидов в листьях, размерах листьев и высоте растений 8-недельных растений трансгенной линии NT001 и линии дикого типа NT000. Рамки простираются от нижнего к верхнему квартилю данных, оранжевая линия представляет собой медиану. Усы представляют полный диапазон данных. Точные размеры выборки указаны над каждым прямоугольным графиком, статистика (U) и p-значения двунаправленного U-критерия Манна-Уитни отмечены в нижней правой части каждого графика.

Дополнительный рисунок 4. Биолюминесцентные растения

Nicotiana tabacum и Nicotiana benthamiana .

a и b — фотографии растений в горшках при естественном освещении и в темноте, соответственно, снятые на камеру Sony Alpha ILCE-7M3. Листья, помеченные розовыми треугольниками на и , а также контрольные листья растений дикого типа затем срезали и визуализировали в IVIS Spectrum CT при естественном освещении и в темноте отдельно для Nicotiana tabacum 9.0026 ( c , d ) и Nicotiana benthamiana ( e , f ). Черную бумажную коробку вокруг контрольных листьев, видимых на изображениях c и e , использовали для предотвращения освещения листьев контрольных растений светом, излучаемым трансгенными растениями. Все изображения соответствуют одному эксперименту, выполненному на трех светящихся и одном диком типе Nicotiana tabacum , а также на трех светящихся и одном диком типе Nicotiana benthamiana 9.0026 растений.

Дополнительный рисунок 5. Цветы, собранные из линий дикого типа и биолюминесцентных

Nicotiana tabacum и Nicotiana benthamiana , изображение на IVIS Spectrum CT.
Nicotiana tabacum ( a , b ) и Nicotiana benthamiana ( c , d ). a и c — фотографии при естественном освещении, b и d — фотографии в темноте. Черная бумажная коробка вокруг контрольных цветов видна на изображениях 9.0111 а и с использовали для предотвращения освещения цветков контрольных растений светом, излучаемым трансгенными растениями. Все изображенные цветы были случайным образом собраны с разных растений в одном эксперименте по визуализации (6 светящихся и 3 диких растения Nicotiana tabacum , 6 светящихся и 4 диких растения Nicotiana benthamiana ).
Дополнительный рисунок 6. Количественное сравнение светового излучения цветков
Nicotiana tabacum (правая сторона каждой фотографии) и Nicotiana benthamiana (слева на каждой фотографии).
a и b представляют собой изображения при естественном освещении и в темноте, полученные с помощью IVIS Spectrum CT. c и d — это изображения одних и тех же цветов при естественном освещении и в темноте, снятые на камеру Sony Alpha ILCE-7M3. На c и d цветы были изображены вместе с калиброванным источником света XLS-4, который излучает 1,6*10 ⁹ фотонов/сек при 525 нм. Этот откалиброванный источник света был отдельно отображен на IVIS Spectrum CT, см. Figshare (doi: 10,6084/m9)..figshare.11871888) для необработанных файлов. Все цветы были собраны с разных растений в одном эксперименте по визуализации (14 светящихся растений Nicotiana tabacum и 13 светящихся растений Nicotiana benthamiana ).
Дополнительный рисунок 7. Выбор области интереса для анализа светового излучения цветов, используемого для получения значений яркости в дополнительной таблице 1 (обратите внимание, что числа на изображении представляют собой общий поток фотонов в секунду для каждой области интереса, а не среднюю яркость) .
Анализ нормализованного общего потока в обозначенных ROI доступен на Figshare (doi: 10. 6084/m9.figshare.11871888). Цветы, показанные на этой фигуре, такие же, как и на дополнительной фигуре 6 .
Дополнительный рисунок 8. Фотографии светящегося растения
Nicotiana benthamiana , сделанные на смартфон при естественном освещении и в темноте с выдержкой 30 секунд.
( A ) Снято на смартфон при естественном освещении. ( Б ) Снято в темноте с выдержкой 30 секунд. Изображения являются результатом одного эксперимента.
Дополнительный рисунок 9. Инфильтрация листьев
Nicotiana benthamiana растворами предшественников гиспидина.
А . Типичная фотография трансгенных биолюминесцентных листьев Nicotiana benthamiana , которым вводили раствор индивидуальных предшественников гиспидина. Изображения являются репрезентативными для четырех экспериментов, повторенных независимо друг от друга с аналогичными результатами Б, С . Инъекции гиспидина и люциферина в листья биолюминесцентных и диких растений N. benthamiana . Эксперимент был повторен дважды независимо с аналогичными результатами. Д . Блочные диаграммы, показывающие реакцию люминесценции в местах инъекций смесей предшественников гиспидина различного состава. Показаны точки данных. Изменение люминесценции – это абсолютное изменение сигнала (ΔL = люминесценция после инъекции – начальная люминесценция). Зачеркнутый текст подчеркивает отсутствие соединения в смеси. Примечательно, что только смеси, содержащие кофейную кислоту, вызывали усиление люминесценции. Поле простирается от нижнего к верхнему квартилю значений данных, оранжевая линия представляет собой медиану. Усы представляют полный диапазон данных. Группы, содержащие несколько реагентов (H-критерий Крускала-Уоллиса, H-статистика = 48,59)., p=7,11e-10) и отдельные потенциальные реагенты (H-критерий Крускала-Уоллиса, H-статистика: 68,65, p=8,3e-15) анализировали отдельно. P-значения апостериорных парных U-тестов Манна-Уитни, подчеркивающих влияние кофейной кислоты на люминесцентный отклик, указаны под скобками между диаграммами E . Влияние трех последовательных инъекций предшественников люциферина на интенсивность свечения листьев N. benthamiana .
Доп. рисунок 10.
Фото в разрезе цветов из светящегося Nicotiana tabacum растение при рассеянном свете ( A ) и в темноте ( B ). Изображения двух цветов разных растений, изображенные на рисунке, являются репрезентативными для шести срезанных цветов трех растений.
Дополнительный рисунок 11. Динамика биолюминесценции после повреждений листьев.
А . Репрезентативное изображение листа до травмы. Б . Фото места разреза крупным планом. С . Динамика биолюминесценции в месте разреза после травмы (время экспозиции — 5 секунд). Масштабная линейка соответствует 1 см. Видео версия панели C доступен как дополнительное видео 7. Эксперимент с повреждением листьев был повторен трижды с аналогичными результатами.
Дополнительный рисунок 12. Устойчивое увеличение биолюминесценции боковых побегов, вызванное обрезкой.
А . Фото при рассеянном свете. Боковые побеги отмечены желтыми стрелками. Срез выделен желтой пунктирной линией на увеличенном фото (внизу). Б . Фото сделано в темноте. Изображения являются репрезентативными для двух экспериментов по визуализации, проведенных на шести растениях с аналогичными результатами.
Дополнительный рисунок 13. Динамика люминесценции у целых растений.
и . Фотография трансгенного растения Nicotiana tabacum , опрысканного 5 мМ раствором метилжасмоната или буфером (контроль) до и после обработки. Два изображенных растения являются репрезентативными для шести растений, проанализированных в трех независимых экспериментах по визуализации. б . Фотография трансгенного растения Nicotiana tabacum , инкубированного в закрытом флаконе со спелой кожурой банана. Два изображенных растения являются репрезентативными для четырех растений, проанализированных в двух независимых экспериментах по визуализации. с . Суточные колебания люминесценции. Фотографии трех растений снимались постоянно в течение десяти дней в условиях нормального освещения (17,5 ч в день; дни 1-3 и 8-10) или в постоянной темноте (дни 4-7). Каждое изображение растения 1 было сжато в одну вертикальную линию пикселей для создания кимограммы. Средняя яркость растений 1-3 отображается на графике. График в дни 1-3 репрезентативен для девяти растений в трех независимых экспериментах. Полный график (дни 1-10) показывает свечение трех растений в одном эксперименте. Псевдоцвет используется для визуальной ясности.
Дополнительная фигура 14. Саузерн-блот ДНК, выделенной из различных светящихся трансгенных линий табака, с отжигом зонда до гена
nnluz .
и . Саузерн-блот ДНК, выделенной из различных светящихся трансгенных линий табака, с отжигом зонда до гена nnluz . Результаты блота свидетельствуют о наличии двух копий гена nnluz в геноме линии NT001 (используемой для всех экспериментов N. tabacum в данном исследовании). Саузерн-блоттинг получен из одного эксперимента, проведенного на образцах ДНК, выделенных из пяти линий трансгенных растений и одной контрольной линии. б . Необработанное изображение полного сканирования того же пятна.
Дополнительный рисунок 15. Закономерности динамики биолюминесценции в листьях молодых светящихся растений.
Наложение фотографий при естественном освещении и в темноте показано на A . Динамика люминесценции двух растений, отмеченных квадратом на А, отображается на В . Видеоверсия панели B доступна в качестве дополнительного видео 9. Изображения на панели B представляют шесть растений в этом эксперименте, и был проведен еще один цейтраферный эксперимент с тремя растениями с аналогичными результатами.
Дополнительный рисунок 16. Фотографии поперечного сечения стебля светящегося растения
Nicotiana tabacum при естественном освещении и в темноте.
( A ) При внешнем освещении. ( B ) в темноте. Мощное свечение принадлежит клеткам паренхимы сердцевины побега (в центре стебля). Более слабая биолюминесценция наблюдается у клеток сердцевинной паренхимы (периферия стебля). Максимальная интенсивность света соответствует области пазушной почки — новообразованной меристеме — и окружающим паренхиматозным клеткам. Полностью одревесневшие ткани, ксилема и флоэма, с камбием между ними, лишены люминесценции (заметна на правой стороне стебля в виде темной полосы). Изображения представляют два эксперимента с аналогичными результатами.
Дополнительная фигура 17. Экспрессия
nnluz в N. tabacum в течение дня, измеренная с помощью количественной ПЦР на 9 образцах кДНК, полученных из растений, выращенных в условиях естественного освещения.
Все точки данных, включая технические повторы, показаны точками, каждый цвет соответствует разному биологическому образцу. Синие точки представляют собой средние значения Ct в каждый момент времени. Эксперимент проводился один раз.
Дополнительная информация
Дополнительная информация
Дополнительные рис. 1–17, таблицы 1–3 и примечания 1–7.
Резюме отчета
Дополнительное видео 1
Инъекция гиспидина в листья автономно светящегося N. tabacum. Покадровая люминесцентная визуализация после инъекции гиспидина (в центральную область верхней части пластинки) и кофейной кислоты (в апикальную часть) листьев автономно люминесцентного N. tabacum . Интенсивность люминесценции показана псевдоцветом. Видео представляет два эксперимента по визуализации, проведенных на шести растениях.
Дополнительное видео 2
Проращивание семян T1. Покадровая визуализация трансгенных семян N. tabacum T1, прорастающих в прозрачном агаре. Показано наложение фотографий в рассеянном свете (серый) и свечении (псевдоцвет). Видео пяти прорастающих семян является репрезентативным для двух экспериментов по визуализации с аналогичными результатами (всего 32 проростка).
Дополнительное видео 3
Регенерация корней. Покадровая люминесцентная визуализация регенерирующих корней срезанных побегов трансгенных N. tabacum растений (фото каждые 5 мин). Интенсивность люминесценции показана псевдоцветом. Видео корней двух отдельных растений является репрезентативным для трех независимых экспериментов по визуализации шести растений.
Дополнительное видео 4
Микроскопия корня. Покадровая микроскопия люминесцентного изображения регенерирующих корней срезанных побегов трансгенных растений N. tabacum (фотографии каждые 5 мин). Интенсивность люминесценции показана псевдоцветом. Видео показывает корни отдельного растения и является репрезентативным для двух независимых экспериментов по визуализации с большим увеличением с аналогичными результатами.
Дополнительное видео 5
Длительная съемка всей жизни растений. Покадровая визуализация трансгенных растений N. tabacum от вегетации до цветения. Интенсивность люминесценции показана псевдоцветом. Желтые звездочки обозначают дневное время. Эта длительная покадровая съемка является результатом одного эксперимента
Дополнительное видео 6
Покадровая съемка цветов. Покадровое свечение цветков автономно люминесцентного N. tabacum . Интенсивность люминесценции показана псевдоцветом. Изображенные цветы одного растения являются репрезентативными для экспериментов по визуализации с аналогичными результатами.
Дополнительное видео 7
Повреждения листьев у N. tabacum. Покадровая люминесцентная визуализация после повреждения листовой пластинки автономно люминесцентного N. tabacum . Интенсивность люминесценции показана псевдоцветом. Опыт с повреждением листьев был повторен трижды с аналогичными результатами.
Дополнительное видео 8
Динамическое свечение после обрезки. Покадровая люминесцентная визуализация индуцированных обрезкой боковых побегов автономно люминесцентного Н. табакум . Интенсивность люминесценции показана псевдоцветом. Видео представляет два эксперимента по замедленной визуализации, проведенных на шести растениях с аналогичными результатами.
Дополнительное видео 9
Динамические картины свечения листьев молодых растений. Закономерности динамики биолюминесценции листьев молодых светящихся растений. Время относительно начала дня (формат +ЧЧ), а также абсолютное время (формат ЧЧ:ММ) отображается в левом нижнем углу видео. Видео представляет два эксперимента по визуализации с аналогичными результатами. 9
Об этой статье
Крошечный, но яркий
Такехару Нагаи
Мицуру Хаттори
Nature Reviews Chemistry (2022)
Расширение репортерных систем люциферазы для бесклеточной экспрессии белков
Вакана Сато
Мелани Расмуссен
Катажина П. Адамала
Научные отчеты (2022)
Бактериальный биолюминесцентный анализ для биоанализа и биоимиджинга
Яохуа Ли
Синью Хэ
Вэй Ван
Аналитическая и биоаналитическая химия (2022)
Текущие и будущие достижения в области флуоресцентной визуализации компонентов клеточных стенок растений и механизмов биосинтеза клеточных стенок
Брайан Т ДеВри
Лиза М Штайнер
Юзеф Мравец
Биотехнология для производства биотоплива (2021)
Дизайн материалов с помощью синтетической биологии
Цзы-Чие Тан
Болин Ан
Чао Чжун
Материалы Nature Reviews (2021)
Естественное свечение: эти растения излучают собственный свет
Перейти к основному содержанию
The VergeЛоготип Verge.
Домашняя страница The Verge
The VergeЛоготип Verge.
Практика/
Наука
Эллис Гамбургер
14 марта 2014 г., 15:16 UTC |
Поделитесь этой историей
Если вы покупаете что-то по ссылке Verge, Vox Media может получить комиссию. См. наше заявление об этике.
Даан Русегард приглашает меня в тесную, кромешную тьму, фотобудку шириной не более пары футов. «Подожди», — шепчет мне на ухо голландский дизайнер. «Просто дай минутку». Вскоре крошечное растение огурца в его руке начинает излучать слабое свечение.
Когда мои глаза привыкают, становится ярче. Образец Русегарда был создан путем генетической модификации его молекулярной структуры, включив в него люциферин, химическое вещество, придающее медузам сияние. «Я полностью одержим медузами, — говорит Роозегард. «Они создают свой собственный свет без батареи или солнечной панели». Растение Русегаарде далеко не такое яркое, как медуза или папоротник из Аватара — на самом деле оно все еще довольно тусклое — но служит доказательством концепции его технологии, которую он надеется использовать в гораздо большем масштабе.

Он просит меня представить деревья со светящимися листьями вдоль шоссе, чтобы освещать дорогу водителям, или улицу с энергонейтральными деревьями вместо электрических уличных фонарей. Роозегард говорит: «В то время, когда правительства выключают уличные фонари, чтобы сэкономить деньги, не можем ли мы сделать это более естественным?» Установки были спроектированы в сотрудничестве с основателем BioGlow доктором Александром Кричевским, который впервые представил свою технологию еще в январе. Идея светящихся растений витала в воздухе как минимум несколько лет, но Кричевский утверждает, что это первые настоящие прототипы.
Посольство Нидерландов пригласило Roosegaarde для распространения информации об инновациях в Нидерландах, а также для представления заводов Кричевского в среде, где они приняты. В Европе, где генетически модифицированные организмы находятся под более строгим контролем правительства, компания в настоящее время использует «биологическую краску», сделанную из люциферина, чтобы увидеть, как их идея может работать на практике. Оба метода безвредны для их носителей, утверждает Розегаарде. Более крупная идея состоит в том, чтобы разработать «умную магистраль», обсаженную светящимися деревьями и покрытую термочувствительными красками, которые меняют цвет, когда на улице жарко или холодно. Например, когда дорога обледенела, появляются снежинки, чтобы предупредить водителей об опасности. По словам Розегаарде, существует даже экспериментальная краска, которая может питать электромобили. Кроме того, есть люминесцентные дорожные разметки, которые удерживают вас на своей полосе в темное время суток.

Благодаря партнерству с производителем дорог и инвестором Heymans и правительством Нидерландов через две недели откроется первая интеллектуальная автомагистраль Roosegaarde. По словам Русегаарде, при нескольких часах дневного света его участок шоссе протяженностью 0,6 мили (1 км) будет освещаться ночью в течение семи-восьми часов. «Это был ваш опыт для создания этой технологии?» Я спросил Роозегаарда, который разработал все, от одежды, которая становится полупрозрачной, когда вы лжете, до «экологически устойчивого» танцпола, который производит электричество, когда вы танцуете на нем. «Нет, я умею мечтать», — говорит Роозегард. Умное шоссе на самом деле является одной из более скромных идей Русегарда.
По мере того, как он рос как дизайнер, осуществление реальных изменений имело приоритет перед созданием дорогих художественных проектов, таких как металлический цветок лотоса, сделанный из чувствительных к теплу лепестков, которые раскрываются, когда вы подносите к ним руки. «Я принял решение не оставаться в белом кубе МоМА, при всем уважении», — говорит он. «Вы должны сделать это публичным. Вы должны сделать это для всех». Еще один проект, находящийся в разработке в Studio Roosegaarde, — пылесос, всасывающий смог, самый большой в своем роде, который Roosegaarde планирует испытать в Шанхае. «Мы встречаемся с премьер-министром Китая на следующей неделе в Нидерландах», — радостно хвастается Роозегарде. «У меня есть 10 минут!»
Даан Роозегаарде
Инвестиции Русегарда в смог уже имеют более далеко идущие последствия, чем он мог ожидать. В процессе розлива смога команда Русегарда придумала способ превратить смог в алмазы. Он планирует спрессовать все отходы смога, которые он собирает, в драгоценные камни — «кольца смога», как он их называет, — которые он затем планирует продать, чтобы профинансировать всю уборку пылесосом. Покупая одно кольцо смога, вы покупаете 1000 кубометров свежего воздуха для города Пекина. Еще неизвестно, насколько драгоценными кольцами смога Roosegaarde на самом деле являются, но идея, мягко говоря, вдохновляющая. «[Эти машины] не являются ответом, но, показав, как выглядит и ощущается новый мир, вы можете создать стимул сделать таким весь город», — говорит Розегарде. «И все любят бриллианты».
Самое популярное
Практический опыт Pixel Watch: Google берет страницу у Apple
Флагманское приложение метавселенной Meta содержит слишком много ошибок, и сотрудники почти не используют его, говорит ответственный руководитель
30 9002 Лучшее механические клавиатуры, которые можно купить прямо сейчас
Практическое знакомство с Pixel 7 и 7 Pro: что-то знакомое
Трейлер фильма Super Mario Bros.
уже здесь (как и Крис Пратт)
Майк Джадж считает, что мы обречены
14 марта 2014 г., 19:12 UTC
Meet The Cliny Printer For Libertarians
9000 . UTC
Эпоха Facebook — это аномалия
13 марта 2014 г., 17:30 UTC
Фильм «Годзилла» будет совсем другим режиссером90 10 10 90 13 марта 2014 г., 3:29PM UTC
Просмотреть все 30 историй
5 биолюминесцентных видов, которые заставляют планету сиять
Дизайн
Брайан Барт
Просмотр слайд-шоу
Продолжить чтение ниже
Наши избранные видео
В последние годы ряд ученых добились успеха в переносе генетического материала, ответственного за биолюминесценцию, в растения, которые обычно не светятся в темноте. Цель состоит в том, чтобы в конечном итоге вырастить светящиеся деревья, которые также функционируют как уличные фонари, и комнатные растения для замены бытовых светильников, экономя при этом огромное количество электроэнергии. До сих пор они производили растения, которые слабо светятся в темноте, поэтому может пройти некоторое время, прежде чем технология станет возможной для широкого применения. А пока вот некоторые из очаровательных существ, которые с незапамятных времен служили музами для этих передовых ученых, а также для всего человечества.
Связанный: Проект «Светящиеся растения» создает биолюминесцентные растения для естественного освещения
Светлячки
В семействе жуков Lampyridae насчитывается около 2000 видов, большинство из которых излучают свечение в брюшке. Биолюминесценция светлячков чаще всего является частью поведения ухаживания и выбора партнера, хотя некоторые виды также используют этот эффект для привлечения своей добычи. Некоторые светлячки демонстрируют одновременное мигание, а не случайное мигание, к которому большинство из нас привыкло теплыми летними ночами. Биология биолюминесценции у светлячков изучалась на протяжении веков, и теперь у ученых есть детальное понимание этого явления: вкратце, биолюминесценция светлячков является результатом химического взаимодействия между соединением люциферином, светящимся веществом, и люциферазой, ферментом, который заставляет люциферин излучать свет.
Светлячки
Светлячков обычно называют светлячками, когда они находятся на стадии личинки, но есть много других неродственных видов, которые разделяют признаки биолюминесценции. Arachnocampa — вид, обитающий в пещерах и гротах Австралии и Новой Зеландии. Это необычное существо плетет шелковые нити, как это делают пауки, но эти нити свисают в один ряд с крыш пещер. Нити покрыты ядовитой слизью и предназначены для ловли добычи, которую привлекают светящиеся черви.
Спасибо!
Следите за нашим еженедельным информационным бюллетенем.
Подпишитесь на нашу рассылку новостей
Получайте последние мировые новости и проекты, направленные на лучшее будущее.
Я согласен получать письма с сайта. Я могу отозвать свое согласие в любое время путем отказа от подписки. Ознакомьтесь с нашей Политикой конфиденциальности.
Морские бактерии
Ряд видов рода Vibrio обладают биолюминесцентными способностями , которые могут принимать несколько различных форм. Форма, с которой чаще всего сталкиваются люди, — это искры разбивающихся ночных волн, которые периодически возникают как в тропических, так и в умеренных морях. В этом случае свечение вызывается движением, а также может наблюдаться при плескании по воде в темноте. Иногда эффект проявляется в открытом океане на площади в сотни миль в поперечнике — явление, известное как молочные моря. Этот эффект наблюдали как древние мореплаватели, так и задокументированные современными фотографиями со спутников. Третья форма возникает, когда бактерии колонизируют части кальмаров, рыб или других морских существ; очень распространенная черта среди глубоководных организмов.
Изображение через Distractify
Удильщик
Одна из самых интригующих рыб, использующих биолюминесценцию, – это удильщик. У этих причудливых существ есть органы, называемые иллициумом, торчащие из головы, которые по сути функционируют как удочки. Кончики этих органов заселены биолюминесцентными бактериями, которые служат приманками. Свечение привлекает других рыб в глубоких темных водах, которые оказываются в фатальной позиции перед огромными клыкастыми челюстями морского черта. Интересно, что этой биолюминесцентной чертой обладают только самки удильщиков, которые могут весить до 100 фунтов и обычно в 100 раз крупнее самцов. Помимо заманивания добычи, встроенная фара самки удильщика также заманивает партнеров-самцов, которые затем присасываются к телу самки, живя остаток своей жизни в качестве паразитов!
Связано: Проект «Светящиеся растения» создает биолюминесцентные растения для естественного освещения
Грибы Foxfire
В некоторых глубоких темных лесах мира земля светится, когда вы идете по тропе. Это результат грибков, которые живут в гниющей древесине на лесной подстилке. В отличие от большинства других биолюминесцентных организмов, биологическая цель светящихся грибов менее понятна. Некоторые предполагают, что он используется для привлечения насекомых, которые его едят и, таким образом, помогают распространять его споры.