История светящихся растений, которые уже можно купить

История растений, излучающих свет за счет химических реакций внутри клеток, началась в далеком 1980 году. Тогда в University of California начали проводить эксперименты с зеленью, чтобы научиться менять ее свойства. Например, с помощью генной инженерии можно сделать организм устойчивым к болезням, вредителям и неблагоприятным условиям окружающей среды. И один из способов добиться такого эффекта — внедрить в ДНК новые гены. А чтобы понять, сработал ли метод, ученые вывели их из сумрака. 

Ферменты светлячка

В газете New York Times вышла заметка о том, как ученые научились подсвечивать растения Фото: © The New York Times Archives

Первым биолюминесцентным растением стал табак. В него пересадили ген люциферазы светлячков, после чего он начал излучать слабое свечение. В 1986 году об этом писали в журнале Science.

Из этого исследования берут начало многочисленные научные работы в области генной инженерии. Подсвечивание растений и сейчас широко используют в лабораторных экспериментах для того, чтобы понять, сработало ли изменение ДНК. То есть ученые могут сконструировать растение так, что при активации определенного гена начинает работать и ген люциферазы — и растение начинает излучать свет.

Морская бактерия

При дневном свете растение ничем не отличается от других, а в темноте светится светло-зеленым Фото: © Alexander Krichevsky, Benjamin Meyers, Alexander Vainstein, Pal Maliga, Vitaly Citovsky

Ученые в разных уголках мира неоднократно пытались вырастить биолюминесцентные растения не только для опытов, но и для продажи. В 2010 году международная группа исследователей под руководством Александра Кричевского встроила бактериальную люминесцентную систему на основе морских бактерий Photobacterium leiognathi в геном табака. Добиться эффекта удалось, но сделать свечение достаточно ярким не получилось.

В 2013-м Кричевский вместе с предпринимателем Энтони Эвансом запустил в продажу светящийся табак под названием Starlight Avatar, видимо, вдохновившись фильмом «Аватар», который вышел на экраны в 2009 году. Растение, созданное учеными, излучало свет около двух-трех месяцев, а приобрести его можно было примерно за 60 долларов. Но стартап не выстрелил, и его пришлось закрыть.  

Деревья вместо фонарей

При этом в Калифорнии развернулась целая кампания по популяризации светящихся растений. Энтони Эванс организовал онлайн-сбор денег для выращивания необычной зелени, чтобы продавать ее всем желающим. Сначала биоинженеры вырастили биолюминесцентный кресс-салат с помощью гена люциферазы светлячка. Потом они намеревались заполонить улицы штата светящимися деревьями вместо уличных фонарей. Организаторам краудфандинга удалось собрать почти полмиллиона долларов, вот только идея оказалась провальной. Растения были тусклыми и нуждались в специальном питании. В итоге стартаперам пришлось переключиться на ароматизированный мох, но и эта идея не нашла отклика у американцев.

Растения с подзарядкой?

В 2017 году команда ученых из Massachusetts Institute of Technology представила свою концепцию светящихся растений. Они решили, что их можно использовать вместо настольной лампы. В листья кресс-салата внедрили наночастицы, содержащие фермент люциферазы сверчков. Но применили не метод генной инженерии, а более простой подход. Листья опускали в раствор с люциферазой, а потом подвергали воздействию высокого давления. Так частицы проникали в растение через поры и потом излучали тусклый свет в течение почти четырех часов. 

В 2021 году эта же команда продвинулась дальше, создав растения с подзарядкой. Для этого они использовали ту же технологию, но с добавлением вещества люминофора, способного преобразовывать поглощаемую энергию в световое излучение. Эксперименты показали, что 10 секунд воздействия синего светодиода на растение дает последнему возможность светиться в течение часа. И его можно непрерывно заряжать в течение двух недель.

Ядовитый гриб

Параллельно с американскими учеными работали в этом направлении и представители отечественной науки, ведущие авторы исследования — Илья Ямпольский и Карен Саркисян. Они продемонстрировали впечатляющий результат, превратив обычный табак в ярко светящееся растение, не нуждающееся в освещении и специальных удобрениях. Такого эффекта удалось достичь с помощью генов ядовитого биолюминесцентного гриба Neonothopanus nambi. Они превращают кофейную кислоту, которая есть практически во всех растениях, в светоизлучающую молекулу люциферин, а затем перерабатывают ее обратно в кофейную кислоту, обеспечивая устойчивую биолюминесценцию. Таким образом можно заставить светиться практически любое растение. При этом эффект будет в 10–100 раз ярче, чем при применении других методов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Biotechnology.

Растения, содержащие грибную ДНК, светятся непрерывно на протяжении всего жизненного цикла, с момента прорастания до цветения Фото: © Planta / EurekAlert!

В 2019 году Илья Ямпольский и Карен Саркисян основали в Айдахо компанию Light Bio. Они пригласили работать туда химика Кита Вуда, который в 1986 году входил в группу ученых, создавших первое генно-модифицированное светящееся растение. В итоге спустя 40 лет все-таки удалось добиться нужного результата. Цветком-светлячком сделали петунию, которую американцы любят выращивать на придомовых участках. Ее можно купить за 29 долларов. Исследователи отмечают, что растению не требуются какие-то специальные удобрения или особое освещение. При этом подчеркивают, что оно все-таки не заменит настольную лампу. 

Теперь исследователи работают над технологией создания растений, которые могли бы светиться, когда испытывают стресс или заражены вирусом. Такой разработкой смогут воспользоваться фермеры, чтобы узнать о болезнях сельхозкультур.