Ученые из Кембриджского университета создали светящееся дерево

Биолюминесценция и генная инженерия

Биолюминесценция — это способность живых организмов излучать свет в ходе химической реакции окисления люциферина ферментом люциферазой. У светляков реакция идёт в специализированных клетках-фотоцитах, куда по трахеям поступает кислород. Морская бактерия Vibrio fischeri использует иной механизм: свечение запускается сигнальной молекулой при достижении критической плотности колонии (чувство кворума). В обоих случаях КПД превращения химической энергии в свет превышает 90%, тогда как у ламп накаливания он составляет около 5%.

Перенос генов биолюминесценции в растительный организм требует встройки полного набора генов, кодирующих люциферазу и ферменты синтеза люциферина. У растений отсутствуют собственные аналоги этих белков, поэтому генетическая конструкция должна содержать промоторы, активные именно в растительных клетках. К 2011 году уже существовали трансгенные растения табака с геном люциферазы светляка, однако их свечение было слабым и требовало полива раствором люциферина извне.

Ключевая задача, решённая кембриджскими исследователями, — замыкание цикла: растение не только вырабатывает люциферазу, но и синтезирует сам люциферин, а затем перерабатывает отработанный оксилюциферин обратно в активную форму. Без такой рециркуляции субстрат быстро расходуется и свечение гаснет. Затраты энергии на полный цикл, по оценке учёных, составляют 0,02% от продуктов фотосинтеза, что делает принципиально возможным длительное автономное свечение без внешней подпитки.