Цвет фермента, которым светится в темноте живое растение, теперь точно отражает работу его генов и иммунной системы — наблюдать за ними можно неделями, не вмешиваясь в жизнь организма. Такую технологию разработала группа Карен Саркисян из Лаборатории медицинских наук Совета медицинских исследований Великобритании в Лондоне. Технология описана в журнале Nature Plants.
Свечение растениям придают с помощью люциферазы — фермента, который заставляет светиться светлячков и некоторые грибы. Ген этого фермента помещают в ДНК и настраивают так, чтобы свет включался вместе с изучаемым геном: свечение выдает, когда тот работает. Метод не требует ни добавления реагентов, ни специальной техники, но у него есть слабое место: яркость зависит не только от активности генов, но и от обмена веществ растения, температуры и уровня кислорода. Из-за этих помех нельзя было отличить настоящий биологический сигнал от посторонних колебаний.
Саркисян и ее коллеги добавили к зеленому свечению красное: для этого биологи создали новую версию грибной люциферазы. Так они стали фиксировать не яркость, а отношение двух цветов — на него перепады метаболизма почти не влияют. За счет этого свечение превратилось в полноценный измерительный инструмент.
«На практике это значит, что исследователи могут наблюдать за молекулярными процессами долгое время, просто фотографируя растения в темноте, — без дорогостоящего оборудования и вмешательства в живой организм», — объяснила руководитель группы Карен Саркисян.
В экспериментах растения «отчитались» о работе своих защитных систем. Биологи неделями наблюдали гормональные ответы (гормоны у растений, как и у животных, управляют развитием и реакциями на стресс) и видели локальную активность иммунитета вокруг мест заражения — даже когда метаболизм сильно менял общую яркость. Подход сработал и с грибной, и с бактериальной системами свечения, а значит, пригодится для самых разных биологических задач.
Декоративные светящиеся петунии, которые биотехнологическая компания Light Bio уже продает за рубежом, пока служат простым украшением для подоконников. Новая система делает свечение информативным: «сторожевые» растения могли бы менять цвет при нехватке питательных веществ, засухе, болезнях или вредителях, сообщая фермерам о состоянии посевов прямо в поле.
Хотя эксперименты пока касались растений, амбиции у технологии заметно шире. Команда уже изучает, как адаптировать те же принципы для тканей животных и моделей человеческих болезней: в перспективе обычные снимки в темноте позволят месяцами следить за работой гормонов и развитием заболеваний у людей.
Ранее ученые раскрыли белковый механизм, позволяющий растениям ощущать касания.