Gli scienziati stanno coltivando fiori fosforescenti inserendo il DNA di funghi bioluminescenti

  • I ricercatori sono stati in grado di prendere il DNA da alcuni funghi e aggiungerlo alle piante
  • Hanno iniziato con la pianta del tabacco perché hanno una struttura relativamente semplice
  • Il processo permette alle nuove piante di avere un ‘bagliore costante e rinnovabile’

Piante che ‘brillano-al buio” sono state sviluppate dai ricercatori utilizzando il DNA preso dai funghi – e sperano di essere in grado di vendere rose luminose in futuro.

Un team globale di ricercatori, finanziato dalla startup biotech Planta, ha scoperto che la bioluminescenza in alcuni funghi è simile ai processi naturali nelle piante.

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Questo ha permesso loro di prendere il DNA dei funghi e creare nuove piante che brillano molto più di quanto sia stato possibile con altre tecniche in passato.

Per ora hanno creato solo una versione della pianta del tabacco, ma sperano di essere in grado di produrre rose, pervinche e altri fiori da giardino in futuro.

Piante che ‘brillano al buio’ sono state sviluppate dai ricercatori utilizzando il DNA preso dai funghi – e sperano di essere in grado di vendere rose luminose in futuro

Lo studio è una collaborazione di 27 scienziati di Planta, l’Accademia Russa delle Scienze, MRC Londra e l’Istituto di Scienza e Tecnologia in Austria.

Gli autori principali, il dottor Kaen Sarkisyan e il dottor Illa Yampolsky hanno detto che non è solo per l’estetica – la luce biologica può essere utilizzata per osservare il funzionamento interno di una pianta.

Le piante che contengono il DNA del fungo brillano continuamente durante tutto il loro ciclo di vita, dalla piantina alla maturità – non hanno bisogno di acquisire nuove sostanze chimiche.

Questo è in contrasto con altre forme comunemente usate di bioluminescenza, come il DNA che viene preso dalle lucciole e aggiunto alle piante – ottenuto per la prima volta 30 anni fa.

Le piante trasformano una molecola in luce utilizzando quattro enzimi

Anche se i funghi non sono strettamente correlati alle piante, entrambi condividono una molecola che gli scienziati hanno utilizzato.

La luce dei funghi si concentra su una molecola organica che è anche necessaria nelle piante per fare le pareti cellulari.

Nei funghi questa molecola, chiamata acido caffeico, produce luce attraverso un ciclo metabolico.

Nelle piante, l’acido caffeico è un componente della lignina, che aiuta a fornire resistenza meccanica alle pareti cellulari

Il ciclo nei funghi – e in queste nuove piante – coinvolge quattro enzimi.

Due enzimi convertono l’acido caffeico in un precursore luminescente – una sorta di ‘primo passo’.

Questo viene poi ossidato da un terzo enzima per produrre un fotone.

L’ultimo enzima converte la molecola ossidata di nuovo in acido caffeico per ricominciare il ciclo.

Nonostante i loro nomi simili, l’acido caffeico non è legato alla caffeina.

La nuova scoperta può anche essere utilizzata per scopi pratici ed estetici, in particolare per creare fiori luminosi e altre piante ornamentali.

Sebbene sostituire i lampioni con alberi luminosi possa risultare fantastico, le piante producono una piacevole aura verde che emana dalla loro energia viva.

Secondo gli autori, le piante possono produrre oltre un miliardo di fotoni al minuto.

Il dottor Keith Wood, CEO di Light Bio, era nel team che ha creato la prima pianta luminescente usando un gene delle lucciole.

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“Queste nuove piante possono produrre un bagliore molto più luminoso e costante, che è completamente incorporato nel loro codice genetico”.

Progettare nuove caratteristiche biologiche è più complesso del semplice spostamento di parti genetiche da un organismo all’altro, dicono gli autori.

Le nuove parti aggiunte alla pianta devono “integrarsi metabolicamente” all’interno dell’ospite.

Per la maggior parte degli organismi, le parti necessarie per la bioluminescenza non sono tutte note. e fino a poco tempo fa, una lista completa delle parti era disponibile solo per la bioluminescenza batterica.

I tentativi passati di creare piante incandescenti da queste parti non sono andati bene, in gran parte perché le parti batteriche in genere non funzionano correttamente in organismi più complessi.

Circa un anno fa i ricercatori hanno trovato parti all’interno di alcuni tipi di funghi che sostengono la bioluminescenza.

Questa è la prima volta che la luce viva di un organismo multicellulare avanzato era stata completamente definita dagli scienziati e ha aperto la strada a questo nuovo sviluppo nelle piante.

Questo ha permesso loro di fare piante incandescenti che sono almeno dieci volte più luminose dei precedenti tentativi utilizzando il DNA delle lucciole.

Utilizzando normali telecamere e smartphone, è stata registrata l’illuminazione verde proveniente da foglie, steli, radici e fiori.

Hanno ottenuto questo risultato senza danneggiare la salute della pianta che porta il nuovo DNA.

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Anche se i funghi non sono strettamente legati alle piante, la loro emissione di luce si concentra su una molecola organica che è necessaria anche nelle piante per fare le pareti cellulari.

Questa molecola, chiamata acido caffeico, produce luce attraverso un ciclo metabolico che coinvolge quattro enzimi.

Due enzimi convertono l’acido caffeico in un precursore luminescente, che viene poi ossidato da un terzo enzima per produrre un fotone.

L’ultimo enzima converte la molecola ossidata di nuovo in acido caffeico per ricominciare il ciclo.

Nelle piante, l’acido caffeico è un elemento costitutivo della lignina, che aiuta a fornire resistenza meccanica alle pareti cellulari e fa parte della biomassa di una pianta e una delle risorse rinnovabili più abbondanti sulla Terra.

Come componente chiave del metabolismo delle piante, l’acido caffeico è anche parte integrante di molti altri composti essenziali coinvolti in colori, profumi, antiossidanti e così via.

Nonostante i loro nomi simili, l’acido caffeico non è correlato alla caffeina.

Collegando la produzione di luce a questa molecola vitale, il team è stato in grado di creare una pianta che può rivelare agli scienziati informazioni sulla sua stessa composizione.

Può rivelare lo stato fisiologico delle piante e le loro risposte all’ambiente.

Le piante che contengono il DNA del fungo brillano continuamente durante tutto il loro ciclo di vita, dalla piantina alla maturità – non hanno bisogno di acquisire nuove sostanze chimiche

“Per esempio, il bagliore aumenta drammaticamente quando una buccia di banana matura è posta nelle vicinanze (che emette etilene)”, hanno scritto gli autori.

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Le parti più giovani delle piante tendono a brillare maggiormente e i fiori sono particolarmente luminosi.

Sono spesso visibili modelli tremolanti o onde di luce, che rivelano comportamenti attivi all’interno delle piante che normalmente sarebbero nascosti.

In questa ricerca pubblicata, gli autori si sono basati sulle piante di tabacco a causa della loro genetica semplice e della loro rapida crescita.

La ricerca di Planta, e di Arjun Khakhar e colleghi, ha dimostrato la fattibilità per altre piante incandescenti, tra cui pervinca, petunia e rosa.

Con ulteriori sviluppi ci si possono aspettare piante ancora più luminose.

Possono essere possibili nuove caratteristiche, come cambiare la luminosità o il colore in risposta alle persone e all’ambiente circostante.

“Attraverso questa aura vivente, potremmo anche ottenere una nuova consapevolezza delle nostre piante che emulano il fascino ispiratore di Avatar”, hanno scritto gli autori.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Biotechnology.

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