Nutzung der Mechanismen der Pilzbiolumineszenz, um pflanzlichen und tierischen Zellen autonome Lumineszenz zu verleihen

In einer bemerkenswerten neuen Studie veröffentlicht In Wissenschaftliche Fortschritteein Team synthetischer Biologen unter der Leitung von Karen Sarkisyan am MRC Laboratory of Medical Sciences, hat über die Entdeckung mehrerer Pflanzenenzyme – Hispidinsynthasen – berichtet, die die komplexeste Reaktion des Biolumineszenzwegs durchführen können.

Diese Entdeckung ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg herauszufinden, ob Pflanzen alle für die Lichtemission erforderlichen Moleküle 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 die neu entdeckten pflanzlichen Hispidin-Synthasen mit anderen notwendigen Biolumineszenz-Enzymen koppelt, die in Pilzen vorkommen. Dieser hybride Weg ermöglicht es, die subtilen inneren Rhythmen und Dynamiken innerhalb der Pflanzen als eine sich ständig verändernde Darstellung lebendigen Lichts zu enthüllen.

„Diese Technologie ist ein Plug-and-Play-Werkzeug zur Visualisierung praktisch jeder molekularen Physiologie auf der Ebene des Organismus, völlig nicht-invasiv“, erklärt Sarkisyan. Seine Arbeit zeigte auch, dass ein einzelnes einheimisches Pflanzengen nicht nur 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 Benutzerfreundlichkeit und Flexibilität und macht es für erweiterte Anwendungen anpassungsfähiger.

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

Über die Fortschritte in der Ästhetik hinaus, die leuchtende Vegetation Pflanzenliebhabern bieten kann, bietet die Grundlagenwissenschaft tiefgreifende Einblicke in die Molekularphysiologie von Pflanzen. Durch die kontinuierliche Überwachung der Pflanzenreaktionen auf verschiedene Stressfaktoren wie Trockenstress oder Schädlingsbefall kann die Technologie zu erheblichen Fortschritten in Bereichen wie der Pflanzenentwicklung und der Krankheitsresistenz führen.

Der Biolumineszenzweg von Sarkysian 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 wirkungsvoller machen“, sagt Sarkysian.