Nutzung der Biolumineszenzmechanismen von Pilzen, um pflanzlichen und tierischen Zellen autonome Lumineszenz zu verleihen

In einer bemerkenswerten neuen Studie veröffentlicht in Wissenschaftler machen FortschritteEin Team synthetischer Biologen unter der Leitung von Karen Sarkisyan vom MRC Medical Sciences Laboratory berichtete über die Entdeckung mehrerer pflanzlicher Enzyme – Hispidinsynthasen –, die in der Lage sind, die komplexeste Reaktion im Biolumineszenzweg durchzuführen.

Diese Entdeckung ist ein wichtiger Schritt bei der Bestimmung, ob Pflanzen alle Moleküle, die zur Emission von Licht erforderlich sind, nativ produzieren können. Dies bedeutet auch, dass das Leuchten biolumineszierender Pflanzen nun besser auf ihre innere Biologie abgestimmt werden kann.

Bei der in der Arbeit beschriebenen Technologie handelt es sich um einen Hybridweg, der neu entdeckte pflanzliche Hispidin-Synthasen mit anderen notwendigen Biolumineszenz-Enzymen koppelt, die in Pilzen vorkommen. Diese hybride Reise ermöglicht es, die subtilen inneren Rhythmen und Dynamiken von Pflanzen als eine sich ständig verändernde Darstellung lebendigen Lichts zu offenbaren.

„Diese Technologie ist ein Plug-and-Play-Tool zur Visualisierung praktisch jeder molekularen Physiologie auf Organismusebene, und zwar auf völlig nicht-invasive Weise“, sagt Sarkisyan. Seine Arbeit zeigte auch, dass nicht nur ein einzelnes natives Pflanzengen effektiv zwei Pilzgene ersetzt, sondern dass das Pflanzengen auch deutlich kleiner ist und einfachere biologische Anforderungen an die Lumineszenz stellt. Die reduzierte Größe des Gens verbessert auch seine Verwendbarkeit und Flexibilität und macht es somit besser an breite Anwendungen anpassbar.

Diese Forschung wurde von Light Bio gesponsert, einem von Sarkisyan mitbegründeten Unternehmen für synthetische Pflanzenbiologie, dessen Ziel es ist, die Gartenbauindustrie mit wunderschönen biotechnologischen Kreationen wie Lichtpflanzen zu verändern. Das erste Produkt, das den Hispidin-basierten Weg nutzt, ist Firefly Petunia, so genannt, weil ihre lichtemittierenden Blütenknospen Glühwürmchen ähneln.

Über die ästhetischen Fortschritte hinaus, die leuchtende Vegetation Pflanzenliebhabern bringen kann, bietet die Grundlagenwissenschaft tiefe Einblicke in die molekulare Physiologie von Pflanzen. Durch die kontinuierliche Überwachung der Pflanzenreaktionen auf verschiedene Stressfaktoren wie Trockenstress oder Schädlingsbefall könnte die Technologie zu erheblichen Fortschritten in Bereichen wie der Pflanzenentwicklung und der Krankheitsresistenz führen.

Der Sarkys-Biolumineszenzweg wurde in anderen Spezies, einschließlich Hefe, und sogar in menschlichen Zellen repliziert.

„Wir lieben es, unsere biolumineszierenden Petunien zu züchten, sie sind wirklich magisch. Aber über die Ästhetik hinaus wird das Verständnis, wie wir die selbsterhaltende Lumineszenz anpassen können, um das Fortschreiten der Krankheit zu überwachen und beim Screening von Medikamentenkandidaten zu helfen, diese Technologie noch effektiver machen“, sagt Sarkysian.