Использование механизмов грибной биолюминесценции для создания автономного свечения в клетках растений и животных
В новом исследовании, опубликованном в Science Advances, группа синтетических биологов под руководством Карена Саркисяна из MRC Laboratory of Medical Sciences сообщила об открытии нескольких растительных ферментов — синтаз гиспидина, — которые могут осуществлять наиболее сложную реакцию в пути биолюминесценции.
Это открытие — важная веха на пути к пониманию, могут ли растения изначально производить все молекулы, необходимые для излучения света. Это также означает, что свечение биолюминесцентных растений теперь можно теснее связать с их внутренней биологией.
Технология, описанная в статье, представляет собой гибридный путь, который соединяет вновь обнаруженные растительные синтазы гиспидина с другими необходимыми ферментами биолюминесценции, найденными у грибов. Этот гибридный путь позволяет визуализировать тонкие внутренние ритмы и динамику растений в виде постоянно меняющегося живого света.
«Эта технология — инструмент plug-and-play для визуализации практически любой молекулярной физиологии на уровне организма, полностью неинвазивным способом», — заявляет Саркисян. Его работа также показала, что один растительный ген не только эффективно заменяет два грибных гена, но и заметно меньше и имеет более простые биологические требования для свечения. Уменьшенный размер гена также повышает его удобство использования и гибкость, делая его более адаптируемым для расширенных применений.
Это исследование спонсировалось компанией Light Bio, соучредителем которой является Саркисян. Компания стремится преобразовать индустрию садоводства с помощью красивых биотехнологических творений, таких как светящиеся растения. Первым продуктом, использующим путь на основе гиспидина, стала петуния Firefly Petunia, названная так потому, что её яркие светящиеся бутоны напоминают светлячков.
Помимо эстетических преимуществ, которые светящаяся растительность может предоставить любителям растений, фундаментальная наука предлагает глубокое понимание молекулярной физиологии растений. Благодаря возможности непрерывного мониторинга реакции растений на различные стрессы, такие как засуха или атаки вредителей, эта технология может привести к значительному прогрессу в таких областях, как развитие сельскохозяйственных культур и устойчивость к болезням.
Путь биолюминесценции Саркисяна был воспроизведён и в других видах, включая дрожжи и даже человеческие клетки.
«Нам нравится выращивать наши биолюминесцентные петунии, они действительно волшебные. Но помимо эстетики, понимание того, как мы можем адаптировать самоподдерживающуюся люминесценцию для мониторинга прогрессирования заболеваний и помощи в скрининге кандидатов в лекарства, сделает эту технологию ещё более значимой», — говорит Саркисян.