Что, если ваше домашнее растение сможет сказать вам, что ваша вода небезопасна? Ученые приблизились к реализации этой идеи, успешно создав растение, способное краснеть как ботва свеклы в присутствии запрещенного токсичного пестицида.
Чтобы добиться этого, исследователям Калифорнийского университета в Риверсайде пришлось решить инженерную загадку: как дать возможность растению чувствовать химическое вещество в окружающей среде и реагировать на него, не нанося ущерба его способности нормально функционировать во всех других отношениях.
«Самое главное здесь то, что мы создали датчик окружающей среды, не изменяя естественный метаболизм растения», — сказал Ян Уилдон (Ian Wheeldon), доцент кафедры химической и экологической инженерии в Калифорнийском университете в Риверсайде. «Раньше, компонент биосенсора нарушал бы способность растения расти к свету или регулирование использования воды в случае стресса. Это не нежелательно».
Новая статья, подробно описывающая химию этого достижения, была опубликована в журнале Nature Chemical Biology. Инженерный процесс начинается с белка под названием абсцизовая кислота, или АБК, который помогает растениям адаптироваться к стрессовым изменениям окружающей среды.
Во время засухи почва высыхает и растения производят АБК. Дополнительные белки, называемые рецепторами, помогают растению распознавать АБК и реагировать на нее. Это, в свою очередь, заставляет растение закрывать поры в своих листьях и стеблях, чтобы меньше воды испарялось, и растение с меньшей вероятностью увяло.
Лабораторные растения, обычно зеленые, становятся красными в присутствии токсичных пестицидов. Фото: Sean Cutler/UCR.
В прошлом году исследовательская группа продемонстрировала, что белки рецепторов АБК можно научить связываться с другими химическими веществами, кроме АБК. Теперь команда показала, что как только рецепторы связываются с этим другим химическим веществом, растение краснеет.
Для этой демонстрации команда использовала азинфос-этил, пестицид, запрещенный во многих странах, поскольку он токсичен для человека. «Люди, с которыми мы работаем, пытаются воспринимать информацию о химических веществах в окружающей среде на расстоянии», — сказал Шон Катлер (Sean Cutler), профессор биологии растительных клеток в Калифорнийском университете в Риверсайде. «Если бы у вас было такое поле и растения стали красными, визуально это было бы довольно очевидно».
В рамках того же эксперимента исследовательская группа также продемонстрировала способность превращать в сенсор другой живой организм: дрожжи. Команда смогла продемонстрировать реакцию дрожжей на два разных химиката одновременно. Однако у растений это пока невозможно.
«Было бы здорово, если бы мы могли в конечном итоге спроектировать одно растение, способное обнаруживать 100 запрещенных пестицидов, принцип одного окна», — сказал Катлер. «Чем больше вы можете вложить, тем лучше, особенно для приложений, связанных со здоровьем окружающей среды или обороной. Но в настоящее время есть пределы тому, что мы можем спроектировать для этих новых сенсорных возможностей».
Чтобы внести ясность, эти растения не выращиваются в коммерческих целях. Это потребует одобрения регулирующих органов, что займет много лет. Это также новая технология, требующая решения ряда проблем, прежде чем ее можно будет использовать на фермерских полях или в других местах реального мира. Однако открытие создает новые возможности.
«В этой статье продемонстрирована визуальная реакция на одно химическое вещество в растениях. Мы пытаемся почувствовать любое химическое вещество в окружающей среде», — сказал Катлер. «Другие пестициды, а также такие лекарства, как противозачаточные таблетки или Прозак в системе водоснабжения питьевой водой, — это вещи, с которыми люди боятся столкнуться. Теперь эти приложения вполне доступны».
Источник: University of California - Riverside.
