Инженеры создали светящиеся растения
Инженеры MIT сделали первый шаг к созданию растений, способных освещать рабочие пространства. Они внедрили специализированные наночастицы в листья кресс-салата, заставив растение излучать тусклый свет почти четыре часа.
Нанобионика растений
Новое направление — нанобионика растений — ставит цель наделить растения новыми функциями с помощью различных наночастиц. Ранее в лаборатории создавали растения для обнаружения взрывчатки и мониторинга засухи. Теперь целью стало освещение, на которое приходится около 20% мирового энергопотребления.
"Растения могут самовосстанавливаться, у них есть собственная энергия, и они уже адаптированы к внешней среде. Мы думаем, что идея созрела", — говорит профессор Майкл Страно, старший автор исследования.
Как это работает
Для создания свечения команда использовала три компонента:
- Люцифераза — фермент, вызывающий свечение светлячков.
- Люциферин — молекула, на которую действует люцифераза.
- Кофермент A — помогает процессу, удаляя побочный продукт реакции.
Каждый компонент был помещён в свой тип наночастиц-носителей из материалов, признанных FDA безопасными. Частицы предотвращают токсичную концентрацию и доставляют компоненты в нужную часть растения:
- Кремниевые наночастицы (~10 нм) несут люциферазу.
- Более крупные частицы полимеров PLGA и хитозана несут люциферин и кофермент A.
Чтобы внедрить частицы, растения погружали в раствор с наночастицами и подвергали высокому давлению, позволяя частицам проникнуть через устьица. Частицы с люциферином и коферментом A накапливаются во внеклеточном пространстве мезофилла листа, а меньшие частицы с люциферазой попадают внутрь клеток мезофилла. Частицы PLGA постепенно высвобождают люциферин, который попадает в клетки, где люцифераза вызывает химическую реакцию свечения.
Результаты и перспективы
Свет, излучаемый одним 10-сантиметровым ростком кресс-салата, пока примерно в тысячу раз слабее, чем нужно для чтения. Однако время свечения удалось увеличить с 45 минут до 3,5 часов.
Метод, в отличие от генетической модификации, применим к любым растениям. Помимо кресс-салата, его уже испытали на рукколе, капусте кале и шпинате.
В будущем исследователи надеются разработать метод нанесения наночастиц в виде краски или спрея на листья, что позволит превращать в источники света деревья и другие крупные растения.
"Наша работа серьёзно открывает дверь к уличным фонарям, которые представляют собой просто обработанные деревья, и к непрямому освещению вокруг домов", — говорит Страно.
Также учёные показали, что свет можно "выключить", добавив наночастицы с ингибитором люциферазы, что в перспективе позволит растениям отключать свечение в ответ на условия среды, например, на солнечный свет.
Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.