В качестве объекта «подсвечивания» ученые выбрали любимое модельное растение генетиков - невзрачную резуховидку Таля Arabidopsis thaliana . Если с ним все пройдет успешно, то на следующем этапе биологи обещают заставить светиться розу.
Интересно, что никаких разрешений для работы «биохакерам», как прозвала их пресса, не требуется. Авторы проекта говорят, что по законам США светящиеся растения не подпадают под регулирование: они не предназначены для употребления в пищу ни для человека, ни для животных, а федеральное аграрное агентство APHIS (Animal and Plant Health Inspection Service) интересуется только способом внесения трансгенов. Если гены люциферазной системы будут внесены в растение методом, в котором не используются патогены (первоначально предполагалось использовать для этого условно патогенную Agrobacterium ), APHIS не сможет вмешиваться в работу Эванса и его коллег.
Появилась , помимо профильной экоактивистской прессы, в The Guardian. Активнее всего повела себя канадская организация ETC Group - она попыталась организовать общественную кампанию, призванную надавить на Kickstarter с целью не давать финансирование «биохакерам».
Сложно сказать, смогут ли Эванс с соратниками преодолеть сопротивление и в срок доставить семена энтузиастам, поддержавшим проект. Пока кажется, что у них на это гораздо больше шансов, чем у AquaBounty с их многострадальным лососем. Ведь «биохакерам», в отличие от AquaBounty, Monsanto и других биотехнологических компаний, придется бороться не с американской бюрократией в виде FDA, а с общественным мнением и экоактивистами, которые, к счастью или к сожалению, пока не столь могущественны.
Компания Bioglow создала необычное ГМО растение, которое, по словам создателей, светится в темноте. На презентации ботанического чуда разработчики из Bioglow продемонстрировали его свечение нескольким сотням присутствующих.
Чудо-растение
Технология генной модификации открывает широкие границы, однако некоторые исследователи убеждены в том, что это может быть слишком опасно, как для человека, так и для природы. Противников ГМО-продукции сегодня гораздо больше, чем сторонников, но её судьбу решит только время.
ГМО-растение - достижение геннетиков.
Ученые-генетики из компании Bioglow занимаются генными модификациями уже достаточно давно, и их растение, получившее название «аватар», является продуктом нескольких лет кропотливой работы. Добиться столь необычного эффекта для цветка удалось благодаря его генетической модификации с использованием генов морских глубоководных, водорослей.
Растение-аватар.
Свечение, которое производит растение в темноте, естественное, и является обычным явлением с точки зрения процесса фотосинтеза, во всяком случае, для морских растений. Цветок-светильник «аватар» не способен самостоятельно размножаться, более того, у «аватара» нет ни бутонов, ни плодов, так что нарушить естественный баланс природы из-за опыления насекомыми растение не сможет.
Выращивание ГМО-растения.
Использовать растения-«аватары» можно в декоративных целях. Чтобы почитать книгу в темноте, света растения будет недостаточно, но светящееся растение очень красиво смотрится в темноте и может быть использовано для декорирования. Живет «аватар» всего 2-3 месяца, а стоимость одного саженца составляет чуть более 1 доллара США.
Светящиеся в темноте растения, как будто появившиеся из мерцающих лесов фильма «Аватар», уже готовы поселиться в вашем саду. Выращивание светящегося дерева, конечно же, потребует некоторого времени, но вы можете заказать светящиеся в темноте семена арабидопсиса, небольшого цветкового растения из семейства крестоцветных, уже сейчас.
Согласно информации от кампании Kickstarter, запустившей компанию в прошлом году, сайт Glowingplant планировал начать поставку семян уже на следующей неделе. Но, по словам компании, релиз был отложен до осени – не из-за производственных сбоев или неудач со свечением самих растений, а по причине того, что проект собрал больше денег, чем они изначально ожидали.
Несколько месяцев назад мы поинтересовались у наших инвесторов, хотят ли они, чтобы мы начали отправлять семена вовремя, или же нам следует использовать оставшуюся часть средств на улучшение светимости, – объясняет Энтони Эванс, генеральный директор начинающей компании синтетической биологии, создавшей биолюминесцентную флору.
И подавляющее большинство посоветовало нам поработать над улучшением светимости.
Для того чтобы создать биолюминесцентное растение, ученые искусственно скрестили арабидопсис и светящуюся морскую бактерию Vibrio fischeri. Простая вставка ДНК бактерии в растение не сработала бы – для корректной работы в растении генам требуется ряд изменений – и поэтому команда учёных использовала синтетический подход.
Во-первых, исследователи собрали гены виртуально, используя программное обеспечение под названием генетический компилятор, который позволяет ученым собирать ДНК новых форм жизни на компьютерах. После этого они переслали генные характеристики занимающимся сборкой ДНК компаниям, которые и построили реальное ДНК.
Для импорта свежесобранных генов в арабидопсис, команда учёных использовала бактерию – Agrobacterium tumefaciens. В природе А. tumefaciens является патогенным организмом, который вставляет свои гены в клетки растений, вызывая онкологические новообразования. Но его нейтрализованная версия может доставлять синтезированный ДНК в растение-хозяина, не нанося ему вреда.
Исследователи вставили полученные гены в листья и провели оценку того, насколько хорошо растение адаптировалось и сколько света оно производит. Благодаря дополнительному финансированию, в настоящее время учёные экспериментирует с диапазоном слегка различных последовательностей ДНК для получения наилучшего свечения.
Мы планируем проверить около 1500 последовательностей, – отмечает Эванс.
Когда учёные подберут наилучшую последовательности ДНК, они создадут коммерческий арабидопсис светящийся в темноте, используя инструмент под названием «генная пушка», который будет бомбардировать растение наночастицами, призванными доставить ДНК внутрь.
При цветении арабидопсис будет производить семена, которые сохранят новые гены, и его потомство также будет светиться в темноте. Сейчас команда учёных проводит тестирование способности светиться второго поколения арабидопсиса.
Когда, в конечном итоге, семена поступят в широкую продажу, то это будет крупнейшим в мире релизом генно-инженерного растения – концепция, которая приходится откровенно не по душе некоторым экологам.
В современной науке синтетическая биология и генетически модифицированные организмы (ГМО) являются крайне спорными концепциями. Существуют опасения, что ГМО представляют опасность для людей или и вовсе могут стать инвазивными видами.
Когда компания «Glowing Plant» впервые выложила свой проект на Kickstarter, группа противников синтетической биологии их Канады запустила ответную кампанию «kickstopper», призванную остановить этот проект. Эта инициатива собрала всего $ 2274. Тогда как команда Эванса остановилась всего в паре долларов от полумиллиона, превысив свою первоначальную цель больше чем в семь раз.
Кристина Холмс, изучающая последствия биотехнологий и инноваций в селекции растений для человечества в Университете Далхаузи в Канаде, отмечает, что риски различаются в каждом конкретном случае.
Грубо говоря, не все ГМО одинаковы, – утверждает Холмс. – Многое зависит от того, какое растение вы используете, какие гены вы задействовали, и, наконец, для какой цели.
Риск повышается, если рассматриваемые растения предназначены для употребления человеком в пищу. Но арабидопсис – это просто сорняк. С точки зрения инвазивной опасности видов, риски также необходимо рассматривать непосредственно для каждого конкретного случая. Это зависит отчасти от того, насколько легко обсуждаемое растение распространяет свою пыльцу и, следовательно, его гены на другие растения.
В случае с арабидопсисом опасения необоснованны, потому что это растение является, прежде всего, самоопыляющейся травой, – отмечает Кайл Тейлор, молекулярный биолог и ботаник компании «Glowing Plant».
Спросите у любого биолога, работающего с арабидопсисом, легко ли заставить эти растения осуществить перекрестное опыление, и они ответят вам, что это совершенно нетривиальная задача.
Тейлор также добавил, что гибриду будет намного сложнее выжить, поскольку производство света потребует дополнительной энергии, и приведёт к ослаблению растения. Гибрид даже может спутать свой собственный свет с солнечным, что может негативно сказаться на его метаболизме.
Если поставить обычный арабидопсис рядом со светящимся, – признаётся Тейлор, – то светящееся растение выглядит менее счастливым.
Холмс утверждает, что никогда нельзя знать заранее, как будет вести себя новый вид, но световая модификация уж точно «не придаст ему большей силы как сорняку» – по сравнению, скажем, с рапсом, который генетически модифицирован таким образом, чтобы противостоять гербицидам.
По прогнозам Эванса светящееся растение должно сделать концепцию синтетической биологии интересной и близкой для людей.
Причина, по которой многие испытывают недоверие к биотехнологиям, заключается в том, что они их не понимают, – убеждён Эванс. – Мы же верим, что нам удастся изменить отношение к биотехнологии, создав нечто осязаемое, то, что люди смогут понять.
Так неужели мы и вправду увидим лес, наполненный деревьями с Пандоры, которые заменят уличные фонари, сократят потребление электроэнергии и выбросы CO2?
Поклонники фильма «Аватар» Джеймса Кэмерона давно мечтают принести в свой дом хотя бы кусочек светящихся джунглей Пандоры. Наконец-то можно ликовать: спустя пять лет после выхода блокбастера биохакеры наконец-то изобрели живое растение, которое с наступлением темноты буквально превращается в ночник. Никакой магии – только наука и огромное желание!Для того чтобы добраться до такого уровня, потребуется немало потрудиться, – признаётся Тейлор.
Это биология, так что всегда могут всплыть какие-то нюансы, которые мы не до конца понимаем. Но у нас есть пара идей, как добиться желаемого.
Первые прототипы
Первые «условно светящиеся» растения были получены группой Стивена Хоувелла в 1986 году. Генетически изменённые морковь и табак содержали только саму люциферазу (фермент, стимулирующий свечение), но в них отсутствовал люциферин (сам светящийся пигмент). Проблема заключалась в том, что для получения люциферазы достаточно внедрить в ДНК всего один ген, а для выработки люцеферина требуется множество различных генов, собирающих его «по кусочку».
Как результат, полученные растения сами по себе света не излучали - их надо было опрыскивать люциферином или добавлять его в почву. Это, кстати, можно заметить и на фотографиях, которые впоследствии стали символом проекта Glowing Plant. На них у табака сильнее всего светятся корни и сосуды, - но не потому, что там лучше работает люцифераза, а потому, что по ним из почвы движется субстрат.
Первое растение, способное светиться само по себе, было получено гораздо позже - лишь в 2010 году. Над ним работали Александр Кричевский и его коллеги из университетов Нью-Йорка и Израиля. Для того, чтобы заставить табак производить собственный люциферин, ученые использовали блок генов из люминесцирующих бактерий Photobacterium leiognathi. При этом гены встроили в геном хлоропластов - таким образом, чтобы они не могли распространяться с пыльцой.
Однако трансгенный табак светился очень слабо - его свет едва виден на фотографиях с очень длинной выдержкой. Это объясняется тем, что гены не всегда эффективно работают при переносе из одного организма в другой. Впрочем, это не помешало автору проекта зарегистрировать соответствующий патент. Тем более, что для научного исследования растений такая генетическая система вполне подходила.
Шаг вперёд
Учёных вообще хлебом не корми – дай пришить последовательность люциферазы к любым интересным генам, чтобы можно было следить за тем, как их активация сопровождается свечением. Ведь, в отличие от обычного красителя, она позволяет полностью избавиться от постороннего «шума».
Сама же мысль о том, что подобные рабочие инструменты можно использовать для чего-то совершенно с исследованиями не связанного, появилась у группы студентов из Кембриджского университета. В 2010 году девять светлых умов решили разработать генетическую систему, позволяющую создавать ярко светящиеся «декоративные» организмы.
Студенты дополнили ферменты синтеза люциферина ферментом его регенерации (таким образом решив проблему Кричевского), оптимизировали гены японского светлячка Luciola cruciata для экспрессии в кишечной палочке и провели еще несколько улучшений. В результате они получили штамм бактерий, колбу с которыми можно, например, использовать вместо лампы - такие кишечные палочки дают достаточно света для того, чтобы читать книгу.
Оно светится!
Появление настоящей светящейся зелени, доступной даже людям из ненаучной среды, стало возможным благодаря встрече израильского биолога Омри Амирав-Дрори (Omri Amirav-Drory), предпринимателя Энтони Эванса (Antony Evans) и специалиста по генетике растений Кайла Тейлора (Kyle Taylor). Основанный в Сан-Франциско проект был задуман как публичная демонстрация возможностей синтетической биологии изменять и переписывать гены и использовать созданные в лабораториях молекулы ДНК. Он также поддерживает движение «Сделай-сам-биология», которое стремится сделать биотехнологию более доступной для общественности.
В качестве объекта «подсвечивания» учёные выбрали любимое модельное растение генетиков - невзрачную резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana). Причина такой «нежности» к дикой родственнице капусты проста: она имеет очень короткий и уже полностью расшифрованный геном. Вот почему это растение даже побывало в космосе на борту советской станции Салют-7, а NASA в ближайшем десятилетии планирует выращивать его на Луне. На следующем этапе биологи обещают заставить светиться розу (хотя сегодня уже существует более лёгкий и быстрый способ – достаточно просто покрыть цветы специальным био-гелем).
Рассчитывать на государственную или даже частную поддержку такого проекта учёным не приходилось, поэтому было решено обратиться к краундфандингу на сайте Kikstarter. Запланированный бюджет составлял 65 тысяч долларов, но светящиеся растения вызвали такой интерес, что количество собранных средств превысило 400 тысяч долларов. Тем, кто перечислил на финансирование по 40 долларов, команда пообещала прислать семена будущего растения для самостоятельного выращивания, по 150 - само растение.
Сомнения «зелёных»
Сперва «зелёная» пресса отнеслась к такой фантастической идее благосклонно. Ведь с помощью светящихся деревьев можно было бы освещать улицы городов и автотрассы, тем самым экономя уйму электричества и снижая выбросы углекислого газа. Кроме того, растения в стиле «Аватара» могли бы стать весьма популярными при создании футуристических интерьеров, ландшафтного дизайна и архитектуры зданий. Но когда мечта стала превращаться в реальность, энтузиазм экологов пошёл на спад.
Некоторые эксперты и аналитики опасаются, что распространение этих растений может создать прецедент неконтролируемых выбросов синтетических ГМО-организмов в природный баланс. Ведь никакого контроля за распространением «живой лампочки» не подразумевается: Вложившиеся в проект энтузиасты смогут свободно выращивать светящиеся растения, собирать их семена и даже (возможно) получать новые светящиеся гибриды. При этом правительство США не имеет полномочий контролировать создание таких организмов, поскольку они не предназначены для употребления в пищу ни человеком, ни животными.
