Der in San Francisco ansässige Unternehmer Antony Evans hat eine radikale Idee zur Eindämmung des Stromverbrauchs entwickelt: „Was ist, wenn wir anstelle von elektrischen Straßenlaternen Bäume zur Beleuchtung unserer Straßen verwenden?“
Evans und seine Kollegen, die Biologen Omri Amirav-Drory und Kyle Taylor, wollen Pflanzen schaffen, die buchstäblich leuchten. Evans wurde von transgenen Organismen, Pflanzen oder Tieren mit Genen anderer Spezies in ihrer eigenen DNA inspiriert, die verwendet wurden, um viele menschliche Bedürfnisse zu befriedigen. Ein Gen aus dem Bakterium Bacillus thuringiensis wird beispielsweise routinemäßig in Mais und Baumwolle eingebracht, um die Pflanzen gegen Insekten resistent zu machen. In einer Methode namens „Pharming“ haben Wissenschaftler menschliche Gene in Pflanzen und Tiere eingefügt, damit diese Wirte Proteine für Pharmazeutika produzieren können. Andere haben ein Gen aus dem Kristallgelee hinzugefügt, das für die Erzeugung von grün fluoreszierendem Protein bei Tieren wie Katzen und Schweinen verantwortlich ist. Auf diese Weise können sie feststellen, ob eine Krankheit von einer Generation auf eine andere übertragen wurde, indem sie sehen, ob die Nachkommen im Dunkeln leuchten.
In diesem Frühjahr hat Evans 'Team ein Video bei Kickstarter veröffentlicht, in dem erklärt wird, wie Gene von biolumineszierenden Bakterien in eine Pflanzenart eingefügt werden sollen, um leuchtende Bäume zu schaffen. Um die Fantasie der Zuschauer zu beflügeln, enthielt das Video ein Bild von Pandora, der leuchtenden Szene aus der Mitte des 22. Jahrhunderts aus dem Film Avatar . In einer unglaublich erfolgreichen 46-tägigen Kampagne sammelte die Gruppe fast 500.000 US-Dollar, um die Bemühungen zu finanzieren. Ich habe mit Evans über sein Projekt gesprochen.
Die Wissenschaftler haben in den 1980er Jahren die erste im Dunkeln leuchtende Pflanze gentechnisch verändert, eine Tabakpflanze, in die ein Glühwürmchengen eingefügt wurde. Was war in der Vergangenheit der Grund dafür?
Ich denke, das erste Mal war nur ein Demonstrationsprojekt. Aber Wissenschaftler haben es seitdem verwendet, um Dinge wie Wurzelwachstum zu untersuchen. Sie nutzen es wirklich für Zwecke der Grundlagenforschung.
Traditionell haben sie das Gen für Luciferase (ein Enzym aus einem Lumineszenzorganismus) zusammen mit einem Promotor (einer Region am Anfang eines Gens, die einer Zelle sagt, dass sie die Transkription starten soll, der erste Schritt zur Herstellung eines Proteins) inseriert. und fügen Sie dann das Luciferin [eine Chemikalie, die bei Oxidation Licht erzeugt] manuell hinzu. Sie haben diese leuchtenden Pflanzen sogar auf der Internationalen Raumstation gehabt, also ist es eine ziemlich gut etablierte Technik.
Für Ihr Leuchtpflanzenprojekt haben Sie sich für eine blühende Art namens Arabidopsis thaliana entschieden . Warum diese Pflanze?
Wir haben uns für diese Pflanze entschieden, weil sie von der akademischen Gemeinschaft sehr gut untersucht wurde. Es ist die Fruchtfliege der Pflanzenbiologie. Der Grund, warum es so viel untersucht wurde, ist, dass es das kürzeste Genom einer [blühenden] Pflanze hat.
Welches Gen fügen Sie hinzu, um das Leuchten zu erzeugen?
Wir verwenden Gene von Vibrio fischeri . Es ist Meeresbakterien.
Wie geht das? Können Sie mich durch den Prozess der Schaffung einer leuchtenden Pflanze führen?
Wir beginnen mit einer Software namens Genome Compiler. Mit Genome Compiler können wir nach Gensequenzen suchen und diese Gensequenzen dann in einer schönen grafischen Benutzeroberfläche ändern. Mit dieser Software suchen wir nach den Genen von Vibrio fischeri und führen dann eine sogenannte Code- und Optimierungsoperation durch, bei der die Sequenzen so angepasst werden, dass sie in Pflanzen und nicht in Bakterien funktionieren. Wir synthetisieren dann die DNA. Es gibt einen "Drucken" -Button und wir "drucken" diese DNA. Dadurch wird die Datei per E-Mail an eine Firma gesendet, die die DNA für uns erstellt. Sie geben uns das zurück und dann machen wir zwei Dinge.
Zuerst setzen wir die DNA in einige Bakterien ein, die als Agrobacterium bezeichnet werden. Dieses Bakterium ist sehr schlau, es hat herausgefunden, wie man Gentechnik alleine macht. [Das Bakterium] fügt die DNA in die weiblichen Gameten der Pflanze ein. Wir können die Samen, die aus diesen Blumen stammen, anbauen, und wir werden die DNA, die wir am Computer entworfen haben, in der Pflanze haben. Das zweite, was wir tun, ist die Verwendung einer Genkanone, die ein Gerät ist, das die DNA mit hoher Geschwindigkeit in die Zellen der Pflanze schießt. Einige dieser Zellen absorbieren die DNA und beginnen sie zu exprimieren.
Sie beenden Ihre Arbeit bei BioCurious, einem Gemeinschaftslabor in Sunnyville, Kalifornien, im Silicon Valley. Aber wie DIY ist das? Kann das ein Garagentüftler?
Im Rahmen der Kickstarter-Kampagne haben wir ein Kit, mit dem Sie eine dieser Pflanzen herstellen können. Der schwierige Teil ist das Entwerfen der Sequenzen, aber sobald jemand sie herausgefunden hat, können Sie dem Rezept folgen.
Insgesamt hatten Sie 8.433 Kickstarter-Unterstützer, die 484.013 $ zugesagt haben. Hat Sie diese Reaktion überrascht?
Wir hatten 65.000 US-Dollar im Visier, es ist also großartig, dass wir so viel bekommen haben. Mit Kickstarter wissen Sie nie. Wir wussten, dass wir etwas Interessantes hatten, weil jeder darüber reden wollte. Aber wir wussten nicht, dass es so groß werden würde.
Wie realistisch ist es zu denken, dass wir eines Tages leuchtende Bäume anstelle von Straßenlaternen haben könnten?
Wir denken, dass es machbar sein sollte, aber es ist definitiv ein langfristiges Ziel. Die große Herausforderung bei den Bäumen besteht darin, dass das Wachstum von Bäumen viel Zeit in Anspruch nimmt. Das Durchführen von Experimenten an Bäumen und das Testen verschiedener Promotoren wird viel Zeit in Anspruch nehmen. Wir brauchen wirklich eine von ein paar verschiedenen Technologien, um herauszukommen. Eine wäre eine bessere Simulationstechnologie, damit wir die Gensequenzen auf einem Computer simulieren könnten. Zwei wären ein Biodrucker oder etwas Ähnliches, so dass wir ein Blatt drucken und die Sequenzen auf dem Blatt realistisch testen könnten (anstatt darauf warten zu müssen, dass ein ganzer Baum wächst). Oder drittens könnte man Gentherapie an Bäumen durchführen und diese in situ anpassen und damit ihre DNA verändern. Wir brauchen einige Entwicklungen in einer davon, bevor wir es wirklich mit großen Bäumen aufnehmen können.
In vorläufigen Berechnungen haben Sie angenommen, dass ein leuchtender Baum mit einer Fläche von etwa 1.000 Quadratmetern so viel Licht wie eine Straßenlaterne ausstrahlt.
Es wird eine ganz andere Art von Lichteffekt sein. Wenn Sie über die Art und Weise nachdenken, wie der Tag beleuchtet wird, kommt das Licht vom ganzen Himmel. Es kommt nicht nur von einem Punkt, während Glühbirnen von einem Punkt kommen. Unsere Beleuchtung wird viel diffuser und wir denken viel schöner.
Was sind Ihre Ziele jetzt?
Wir konzentrieren uns darauf, die Dinge auszuführen, die wir unseren Kickstarter-Unterstützern versprochen haben. Also erledigen wir die Arbeit, richten das Labor ein, bestellen die DNA und beginnen, die [ Arabidopsis ] -Pflanzen zu transformieren.
Sie und Ihre Kollegen haben versprochen, jedem Unterstützer ab einer bestimmten Spendenhöhe eine leuchtende Pflanze zu schicken. Was können die Leute erwarten? Wie stark ist das Licht und wie lange hält es an?
Das Licht wird nachts eingeschaltet sein, solange die Pflanze lebt, aber es wird nicht super hell sein. Wir streben etwas an, das im Dunkeln leuchtet. Sie müssen sich in einem dunklen Raum befinden, und dann können Sie sehen, dass er schwach leuchtet. Von dort aus werden wir daran arbeiten, die Lichtleistung zu optimieren und zu steigern.
Im Kampagnenvideo sagen Sie: „Die leuchtende Pflanze ist ein Symbol der Zukunft.“ Wie sieht diese Zukunft für Sie aus?
Die Zukunft, auf die wir uns beziehen, ist eine Zukunft der synthetischen Biologie. Wir glauben, dass diese Art von Technologie demokratisiert werden wird. es wird für viele Menschen zugänglich sein. Ich möchte eine Zukunft sehen, in der Teenager und Amateure zu Hause oder in DIY-Biolabors gentechnisch veränderte Dinge herstellen. Wir möchten diese Zukunft darstellen, den Menschen mitteilen, dass sie kommt, und eine Diskussion über diese Technologie beginnen - was sie bedeutet und was sie für uns bedeutet.
Diese Technologie wird schnell übernommen. Es wird sehr transformierend sein, und ich denke, es ist an der Zeit, dass die Leute sich dessen und seines Potenzials bewusst werden, um sich dafür zu interessieren. Es wird einige fantastische Gelegenheiten geben. Wenn sich die Leute das Projekt ansehen und denken, dass ich das gerne machen würde, lautet die Antwort wahrscheinlich „Sie können“. Gehen Sie einfach zu Ihrem örtlichen DIY-Biolabor und beginnen Sie herumspielen, anfangen zu lernen.
Gibt es andere transgene Organismen, die Sie vielversprechend finden?
Es gibt Tonnen von Menschen, die an Sachen arbeiten, Tonnen und Tonnen und Tonnen. Wenn Sie sich die Projekte der iGEM-Stiftung (International Genetically Engineered Machine) ansehen, können Sie sich ein Bild von der Breite und Vielfalt der Aktivitäten machen. Die Spinnenseide ist cool. Ich finde die Jungs, die an neuen Fleischversionen arbeiten, cool. Im Biolabor in South Bay (San Francisco), BioCurious, passieren einige interessante Dinge mit Algen. Entwickeln Sie Algen, damit wir sie für die Energieerzeugung verwenden können. Ich denke, es gibt viel zu tun, aber es ist sehr vielversprechend.
Gibt es Projekte, die Sie beunruhigen?
Nicht jetzt. Aber ich denke, dass irgendwann ein paar beängstigende Dinge passieren werden.
Einige Leute haben Bedenken geäußert, dass Sie leuchtende Pflanzen verteilen und synthetische Pflanzen in die Natur abgeben. Was haben Sie denen zu sagen, die dies fürchten?
Seit vielen Jahrzehnten sind Menschen gentechnisch veränderte Pflanzen. Wir treten in die Fußstapfen aller anderen Pflanzen, die bereits in den letzten 20 Jahren auf den Markt gekommen sind. Wir glauben nicht, dass wir etwas radikal anderes machen. Das Besondere an diesem Projekt ist, wie es finanziert wurde und dass die Arbeit in einem DIY-Biolabor und nicht in einer professionellen Forschungseinrichtung stattfindet.
