Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде разработали растение, которое меняет свою зеленую окраску на свекольно-красную при наличии запрещенного токсичного пестицида.
Создание растения, реагирующего на химические вещества в окружающей среде, оказалось сложной задачей. Команда исследователей столкнулась с необходимостью создать механизм, который позволял бы растению обнаруживать токсичные вещества и реагировать на них, при этом сохраняя его способность к нормальному росту и функционированию.
«Главное достижение здесь в том, что мы создали датчик окружающей среды, не нарушающий естественный метаболизм растения», — пояснил Ян Уилдон, доцент кафедры химической и экологической инженерии в UCR. «Ранее биосенсоры могли ухудшить способность растения реагировать на свет или использовать воду в стрессовых условиях, но теперь этого не происходит».
Исследование основывалось на белке под названием абсцизовая кислота (АБК), который помогает растениям адаптироваться к изменениям в окружающей среде, например, во время засухи. АБК вызывает закрытие пор в листьях и стеблях, уменьшая испарение воды и снижая риск увядания.
В 2022 году команда продемонстрировала, что рецепторные белки АБК могут быть «обучены» связываться с другими химическими веществами. В новом исследовании они показали, что когда эти рецепторы связываются с пестицидом азинфос-этилом, растение становится свекольно-красным. Азинфос-этил был выбран из-за его токсичности и запрета в ряде стран.
«Наши коллеги стремятся разрабатывать технологии для дистанционного обнаружения химических веществ в окружающей среде», — отметил Шон Катлер, профессор биологии растительных клеток в UCR. «Если бы у вас было поле таких растений, и они стали бы красными, это было бы сразу заметно».
Исследователи также продемонстрировали возможность применения подобных сенсоров на других организмах, таких как дрожжи, которые смогли одновременно реагировать на два различных химических вещества. Тем не менее, такая сложность пока недостижима для растений.
«Было бы идеально, если бы одно растение могло обнаруживать сразу 100 запрещенных пестицидов, создавая универсальный детектор», — добавил профессор Катлер. «Чем больше химических веществ может обнаруживать растение, тем лучше, особенно для экологических и оборонных целей. Но пока есть ограничения в наших возможностях разработки таких сенсоров».
Исследователи подчеркивают, что эти растения пока не готовы к коммерческому использованию. Прежде чем они появятся на фермерских полях, потребуется одобрение регулирующих органов и решение ряда технических проблем, что может занять несколько лет.
Однако этот первый шаг выглядит многообещающе. «Эта работа демонстрирует способность растений визуально реагировать на одно химическое вещество. В будущем мы стремимся обнаруживать разнообразные вещества, включая пестициды и фармацевтические препараты, такие как контрацептивы или прозак в системе водоснабжения», — заключил профессор Катлер.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.
