Автор светящегося растения стал победителем Национальной премии будущих технологий «ВЫЗОВ». Ее сумма составляет 12 миллионов рублей.
Говоря о данной работе, отметим ее коммерческий успех. Это особенно актуально в настоящее время, когда одним из важнейших условий для науки становится применение ее результатов. Так, светящее растение заинтересовало покупателей более чем из десятка стран, и уже имеется реальная продажа в США и Канаду.
Однако не только это стало основанием для авторитетного жюри, чтобы присудить высокую награду доктору химических наук Илье Ямпольскому из Института биоорганической химии РАН. Главное достижение лауреата заключается в том, что ему впервые удалось разобраться в одном из сложнейших механизмов манипуляции генами.
В чем заключается этот прорыв? Заметим, что идея заставить растение светиться возникла в тот момент, когда ученые начали осваивать работу с генами, в частности, переносить их из одного организма в другой. В данном случае сама технология создания светящихся растений казалась очевидной. Необходимо было взять светящиеся бактерии или животные, выявить в них гены, отвечающие за люминесценцию, и затем перенести их в геном растения.
Эксперименты были проведены в нескольких лабораториях по всему миру, и растения действительно начали светиться. Однако… Слабость света оказалась не единственной проблемой — он также постепенно тускнел. Простой перенос генов из мира фауны в мир флоры не давал ожидаемого результата. Задача, так сказать, не решалась в лоб. Необходимо было понять механизм свечения. И это удалось команде Ильи Ямпольского.
Автор впервые в мире разобрался в сложнейшем механизме манипуляции генами
— В качестве донора мы выбрали один из видов светящихся грибов, — рассказывает ученый. — Сначала нужно было выяснить, почему грибы вообще светятся. Оказалось, для появления света должен произойти каскад из четырех превращений. На каждом этапе под действием определенного фермента одно вещество превращается в другое. И только на последней стадии возникает свет.
Таким образом, ученым удалось установить, что в «производстве» света участвуют четыре конкретных фермента, каждый из которых кодируется своим геном гриба. Их перенесли в геном одного из сортов табака. Но растение не засияло ярко, свечение оказалось таким же слабым, как и у предыдущих экспериментаторов.
— Мы и не рассчитывали, что наш табак сразу ярко засветится, — говорит Ямпольский. — Было понятно, что перенос четырех генов — это самый простой этап работы, а впереди — самая сложная часть — оптимизация их функционирования. Чтобы они работали в этом квартете эффективно, а не как в известной басне Крылова.
Для такой настройки ученые использовали несколько известных методик, в том числе метаболическую инженерию и направленную эволюцию ферментов. В результате таких манипуляций удалось увеличить яркость света в 1000 раз по сравнению с первоначальным вариантом. Причем этот эффект не исчезает, он остается на одном уровне на протяжении всего жизненного цикла растения.
Ученые уверены, что подобные превращения можно осуществить практически с любыми декоративными растениями, например, петуниями, розами, барвинками и т. д. В перспективе планируется попытаться заставить светиться деревья, например, в парке или для освещения улиц.
Также стоит отметить еще одну значимую особенность этой технологии, на которую обратило внимание жюри. Она открывает принципиально новые возможности для наблюдения в реальном времени за процессами, происходящими в растениях, что дает будущим биоинженерам новый инструмент для экспериментов. Например, для наделения растений полезными свойствами — устойчивостью к вредителям, увеличением урожайности, разработкой новых средств защиты растений и так далее.
Справка «РГ»
Человечество заинтересовалось биолюминесценцией еще в древние времена, например, Аристотель описывал свет, излучаемый мертвой рыбой и мясом, а Плиний Старший упоминал свечение сырой древесины и других природных источников света. Однако сама природа «живого света» долго оставалась загадкой. Лишь в XVII веке выдающийся естествоиспытатель, один из основателей Лондонского королевского общества Роберт Бойль смог доказать химическую природу биолюминесценции. Проводя серию экспериментов, он установил, что для этого процесса, как и для горения, необходим кислород.
Долгое время в науке существовало мнение, что люминесценция живых организмов связана со свечением белого фосфора, находящегося в тканях. Лишь в 1880-х годах французский фармаколог Рафаэль Дюбуа доказал, что фосфор здесь не играет роли, а для свечения, помимо кислорода, нужны два компонента: определённый белок и органическая молекула-субстрат. Дюбуа предложил называть белок-фермент люциферазой, а молекулу-субстрат люциферином, что стало основой для биохимического понимания свечения.
В XX веке биолюминесценция изучалась с точки зрения биохимии и молекулярной биологии: начали выделять и очищать ферменты, выясняя, какие молекулы и условия необходимы для реакции. В настоящее время биолюминесценция является важным инструментом для наблюдения различных процессов в клетках и организмах.
Фото: hi-tech.mail.ru