Dohánynövényből lámpa

Bár a modern genetika sok mindenre képes, nehogy azt gondoljuk, hogy egy élőlény újfajta biológiai képességekkel való felruházásához elég kivágnunk egy darab genetikai anyagot az egyik organizmusból és átvarrnunk a másikba. Ahogy egy mechanikus óra fogaskereke is csak minden más alkatrésszel való finom együttműködésben végezhet értelmes feladatot, egy szervezetbe kívülről bejuttatott gén is csak akkor lesz funkcióképes, ha beilleszkedik a befogadó szervezet anyagcseréjébe.

A legtöbb világító élőlény esetében nem ismerjük a biolumineszcenciáért felelős kémiai gépezet összes alkotóelemét. Egészen a közelmúltig csak a bakteriális biolumineszcencia esetében rendelkeztünk a teljes biokémiai recepttel, és a világító növények létrehozására irányuló korábbi próbálkozások jórészt azért vallottak kudarcot, mert a baktériumok alkatrészei egyszerűen nem illeszkedtek jól a magasabbrendű szervezetek masinériájába.

Forrás: Planta

Alig több mint egy évvel ezelőtt aztán tudósok felderítették a gombák biolumineszcens eszköztárának elemeit, s így első alkalommal írták le egy magasabbrendű szervezet fénykibocsátásának molekuláris részleteit. A mostani cikk szerzői hangsúlyozzák, hogy szerencséjükre a gomba-biolumineszcencia kivételesen jól működik a növényi anyagcsere keretei között, így módjuk nyílott a korábbiaknál legalább tízszer fényesebb növényeket megalkotni. A növény minden részéből, így a levelekből, a szárból, a gyökerekből és a virágokból kiáramló zöld fényt mindenféle trükk és erősítés nélkül, közönséges fényképezőgépekkel és mobiltelefon-kamerákkal rögzítették. Ráadásul a folytonos fénykibocsátást a növények egészségének bármiféle károsítása nélkül sikerült elérni.

Bár a gombák nem állnak közeli evolúciós rokonságban a növényekkel, fénykibocsátásuk történetesen egy olyan szerves molekula köré szerveződik, amely a növényi sejtfal felépítéséhez is kulcsfontosságú. A kávésav néven ismert vegyület négy enzim közreműködésével vesz részt a fénykibocsátás anyagcsereciklusában. Az enzimek közül kettő a kávésavat lumineszcens előanyaggá alakítja, majd ezt egy harmadik enzim foton kibocsátása mellett oxidálja. A negyedik enzim az oxidált származékot visszaalakítja kávésavvá, ezzel körré zárva a biokémiai folyamatláncot.

A növényekben a kávésav a sejtfalak mechanikai ellenállóképességét biztosító lignin egyik építőköve, így része a Föld legnagyobb tömegben jelen lévő megújuló forrásának, az ún. lignocellulóz biomasszának. Mivel központi helyet foglal el a növényi anyagcserében, sejtfalalkotóként betöltött feladata mellett számos egyéb szintézisútvonalban – szín- és illatanyagok, antioxidánsok és sok más molekula létrehozásában – szerepel. Hasonló nevük ellenére a kávésav és a koffein nem rokon vegyületek.

Azáltal, hogy a fénykibocsátás e központi szerepű vegyülethez kötődik, a növények által kisugárzott fény hűen tükrözi belső anyagcsereállapotukat: utal élettani folyamataikra és a környezet által kiváltott válaszaikra. A fény erőssége drasztikusan nő például, ha a világító növény közelébe érett banánhéjat helyezünk, amely etilént – egy gázhalmazállapotú növényi hormont – bocsát ki nagy mennyiségben. A növények fiatalabb részei világítanak leginkább, és a virágok különösen fényesek. Gyakran megfigyelhető a fény hullámzó vagy villódzó mintázata, amely a szem számára egyébként rejtett belső növényi aktivitásokat teszi láthatóvá.

A cikk szerzői jól ismert genetikája és gyors növekedése miatt választották a dohánynövényt kísérleti alanyul, de a gomba-eredetű biolumineszcencia a növények széles körében lehet működőképes. A Planta kutatólaborjában Arjun Khakhar és munkatársai már előállítottak világító meténget, petúniát és rózsát is. A további fejlesztés során várható a fényerő növelése, és más speciális képességekkel is felruházhatják a növényeket, amilyen például a fényerő vagy a szín változtatása a környezet és a benne lévő emberek hatására.