Przedsiębiorca z San Francisco, Antony Evans, wpadł na radykalny pomysł ograniczenia zużycia energii: „A jeśli użyjemy drzew do oświetlenia naszych ulic zamiast elektrycznych lamp ulicznych?”
Evans i jego koledzy, biolodzy Omri Amirav-Drory i Kyle Taylor, chcą tworzyć rośliny, które dosłownie świecą. Evans został zainspirowany organizmami transgenicznymi, roślinami lub zwierzętami z genami innych gatunków we własnym DNA, które zostały wykorzystane do zaspokojenia wielu ludzkich potrzeb. Gen bakterii Bacillus thuringiensis jest rutynowo wprowadzany do kukurydzy i bawełny, na przykład w celu uczynienia roślin odpornymi na owady. W jednej metodzie zwanej „farmacją” naukowcy umieścili ludzkie geny w roślinach i zwierzętach, aby gospodarze ci mogli wytwarzać białka dla farmaceutyków. Inni dodali gen z kryształowej galaretki odpowiedzialny za tworzenie zielonego białka fluorescencyjnego dla zwierząt, takich jak koty i świnie; w ten sposób mogą ustalić, czy choroba została przeniesiona z pokolenia na pokolenie, po prostu sprawdzając, czy potomstwo świeci w ciemności.
Tej wiosny zespół Evans opublikował wideo na Kickstarterze, wyjaśniając, w jaki sposób planują wstawić geny bakterii bioluminescencyjnych do gatunku flory jako pierwszy krok do stworzenia świecących drzew. Aby pobudzić wyobraźnię widzów, wideo zawierało obraz Pandory, świecącą scenerię z połowy 22 wieku z filmu Avatar . W niezwykle udanej 46-dniowej kampanii grupa zebrała prawie 500 000 USD na sfinansowanie tego przedsięwzięcia. Rozmawiałem z Evansem o jego projekcie.
Naukowcy genetycznie zaprojektowali pierwszą świecącą w ciemności roślinę w latach 80., tytoniu z genem świetlika włożonego do niej. Jaki był tego cel historycznie?
Myślę, że pierwszy raz był tylko projektem demonstracyjnym. Ale naukowcy używali go od tego czasu do badania takich rzeczy jak wzrost korzeni. Naprawdę używają go do podstawowych celów badawczych.
Tradycyjnie to, co zrobili, to wstawienie genu dla lucyferazy [enzymu z organizmu luminescencyjnego] wraz z promotorem [region na początku genu, który każe komórce rozpocząć transkrypcję, pierwszy krok do wytworzenia białka] a następnie ręcznie dodać lucyferynę [substancję chemiczną, która wytwarza światło po utlenieniu]. Mieli nawet te świecące rośliny na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, więc jest to dość dobrze ugruntowana technika.
Do projektu świecącej rośliny wybrałeś gatunek kwitnący zwany Arabidopsis thaliana . Dlaczego ta roślina?
Wybraliśmy tę roślinę, ponieważ została bardzo dobrze przebadana przez społeczność akademicką. To muszka owocowa biologii roślin. Powodem, dla którego tak wiele badań było, jest to, że ma najkrótszy genom ze wszystkich roślin [kwitnących].
Jaki gen dodajesz, aby stworzyć blask?
Używamy genów z Vibrio fischeri . To bakterie morskie.
Jak to się robi? Czy możesz przeprowadzić mnie przez proces tworzenia świecącej rośliny?
Zaczynamy od oprogramowania o nazwie Genome Compiler. Genome Compiler pozwala nam wyszukiwać sekwencje genów, a następnie modyfikować te sekwencje genów w ładnym graficznym interfejsie użytkownika. Używamy tego oprogramowania do wyszukiwania genów Vibrio fischeri, a następnie robimy coś, co nazywa się kodem i optymalizacją, co w zasadzie dostosowuje sekwencje, aby działały w roślinach zamiast w bakteriach. Następnie syntezujemy DNA. Jest przycisk „drukuj”, a my „drukujemy” to DNA. Prześle plik e-mailem do firmy, która przygotuje dla nas DNA. Przekazali nam to z powrotem, a następnie robimy dwie rzeczy.
Najpierw wstawiamy DNA do niektórych bakterii zwanych agrobacterium. Ta bakteria jest bardzo sprytna, ponieważ odkryła, jak samodzielnie wykonywać inżynierię genetyczną. [Bakteria] wstawia DNA do żeńskich gamet rośliny. Możemy wyhodować nasiona, które pochodzą z tych kwiatów, i będziemy mieli DNA, które zaprojektowaliśmy na komputerze w roślinie. Drugą rzeczą, którą robimy, jest użycie pistoletu genowego, który jest sprzętem, który wystrzeliwuje DNA z dużą prędkością do komórek rośliny. Niektóre z tych komórek absorbują DNA i zaczynają je wyrażać.
Kończysz pracę w BioCurious, społecznościowym laboratorium biologicznym w Sunnyville w Kalifornii, w Dolinie Krzemowej. Ale jak to jest DIY? Czy jest to coś, czym może zarządzać majsterkowicz garażowy?
W ramach kampanii Kickstarter mamy zestaw, którego możesz użyć do zrobienia jednej z tych roślin. Trudną częścią jest projektowanie sekwencji, ale gdy ktoś je wymyśli, możesz zastosować się do przepisu.
Ogólnie rzecz biorąc, miałeś 8433 zwolenników Kickstarter przyrzeczenie 484 013 $. Czy ta reakcja cię zaskoczyła?
Celowaliśmy w kwotę 65 000 USD, więc świetnie, że tyle otrzymaliśmy. Z Kickstarter nigdy nie wiadomo. Wiedzieliśmy, że mamy coś interesującego, ponieważ wszyscy chcieli o tym porozmawiać. Ale nie wiedzieliśmy, że to będzie tak duże.
Jak realistyczne jest myślenie, że pewnego dnia moglibyśmy mieć świecące w ciemności drzewa wyściełające ulice zamiast latarni ulicznych?
Uważamy, że powinno to być wykonalne, ale jest to zdecydowanie cel długoterminowy. Dużym wyzwaniem dla drzew jest to, że drzewa potrzebują dużo czasu, aby rosnąć. Przeprowadzanie eksperymentów na drzewach i testowanie różnych promotorów zajmie dużo czasu. Naprawdę potrzebujemy jednej z kilku różnych technologii, aby wyjść. Jedną z nich byłaby lepsza technologia symulacji, abyśmy mogli symulować sekwencje genów na komputerze. Dwa z nich byłyby bio drukarką lub czymś podobnym, abyśmy mogli wydrukować liść i realistycznie przetestować sekwencje na liściu [zamiast czekać na wyrośnięcie całego drzewa]. Trzeci sposób to terapia genowa na drzewach, dostosowanie ich na miejscu i wykorzystanie ich do zmiany DNA. Potrzebujemy pewnych zmian w jednym z nich, zanim będziemy w stanie naprawdę zmierzyć się z dużymi drzewami.
We wstępnych obliczeniach uważasz, że świecące drzewo o powierzchni około 1000 stóp kwadratowych rzucałoby tyle światła, co latarnia uliczna.
Będzie to zupełnie inny rodzaj efektu świetlnego. Jeśli pomyślicie o sposobie, w jaki dzień jest oświetlony, światło pochodzi z całego nieba; nie pochodzi tylko z jednego punktu, podczas gdy żarówki pochodzą z jednego punktu. Nasze oświetlenie będzie znacznie bardziej rozproszone i uważamy, że jest o wiele piękniejsze.
Jakie są teraz twoje zabytki?
Koncentrujemy się na tym, co obiecaliśmy naszym sponsorom Kickstarter. Tak więc wykonujemy pracę, przygotowujemy laboratorium, porządkujemy DNA i zaczynamy transformować rośliny [ Arabidopsis ].
Ty i twoi koledzy obiecaliście wysłać każdemu kibicowi, o określonym poziomie darowizny, świecącą roślinę. Czego ludzie mogą się spodziewać? Jak silne będzie światło i jak długo będzie trwać?
Światło będzie włączone w nocy, dopóki roślina będzie żyła, ale nie będzie super jasne. Naszym celem jest farba świecąca w ciemności. Musisz być w ciemnym pokoju, a potem zobaczysz, jak słabo się świeci. Odtąd będziemy pracować nad optymalizacją i zwiększaniem mocy świetlnej.
W filmie z kampanii mówisz: „świecąca roślina jest symbolem przyszłości”. Jak wygląda ta przyszłość?
Przyszłość, o której mówimy, to przyszłość biologii syntetycznej. Uważamy, że tego rodzaju technologia ulegnie demokratyzacji; będzie dostępny dla wielu osób. Chciałbym zobaczyć przyszłość, w której nastolatki i amatorzy zajmują się inżynierią genetyczną w domu lub w laboratoriach DIY. Chcemy reprezentować tę przyszłość, informować ludzi o nadchodzących wydarzeniach i rozpocząć dyskusję na temat tej technologii - co ona oznacza i co dla nas znaczy.
Technologia ta jest szybko wdrażana. Będzie to bardzo transformujące i myślę, że nadszedł czas, aby ludzie zdali sobie z tego sprawę i potencjał, aby się tym zainteresować. Będą w nim fantastyczne możliwości, więc jeśli ludzie spojrzą na projekt i pomyślą „chciałbym to zrobić”, myślę, że odpowiedź brzmi „możesz”. Po prostu idź do lokalnego bio-laboratorium DIY i zacznij baw się, zacznij się uczyć.
Czy powstają inne organizmy transgeniczne, które uważasz za obiecujące?
Jest mnóstwo ludzi pracujących nad rzeczami, tonami, tonami i tonami. Jeśli przyjrzysz się projektom Fundacji iGEM [International Genetically Engineered Machine], zobaczysz całą gamę i różnorodność rzeczy do zrobienia. Pająk jest fajny. Myślę, że faceci pracujący nad nowymi wersjami mięsa są spoko. Kilka ciekawych rzeczy dzieje się z algami w laboratorium biologicznym w South Bay [San Francisco], BioCurious. Inżynieria glonów, abyśmy mogli je wykorzystać do produkcji energii - myślę, że jest wiele do zrobienia, ale jest to bardzo obiecujące.
Czy są jakieś projekty, które Cię niepokoją?
Nie teraz. Ale myślę, że w końcu wydarzy się coś strasznego.
Niektórzy wyrazili zaniepokojenie, że rozprowadzasz świecące rośliny i wypuszczasz rośliny syntetyczne na wolność. Co masz do powiedzenia tym, którzy się tego boją?
Ludzie są inżynierami genetycznymi od wielu dziesięcioleci. Po prostu podążamy śladami wszystkich innych roślin, które zostały już wypuszczone w ciągu ostatnich 20 lat. Nie sądzimy, że robimy coś zupełnie innego. Tym, co różni się w tym projekcie, jest sposób jego finansowania oraz fakt, że praca odbywa się w laboratorium biologicznym dla majsterkowiczów, a nie w profesjonalnej instytucji badawczej.
