Forskare konstruerar växter så att de talar i färg som miljösensorer för farliga kemikalier

Kredit: Sean Cutler/UCR
Kredit: Sean Cutler/UCR

Tänk om din husväxt kunde berätta för dig att ditt vatten inte är säkert? Forskare är närmare att förverkliga denna vision, efter att ha lyckats få en växt att bli rödbetsröd i närvaro av ett förbjudet, giftigt bekämpningsmedel.

För att uppnå detta var forskarna vid UC Riverside tvungna att lösa ett tekniskt pussel: hur man gör det möjligt för en växt att känna av och reagera på en kemikalie i miljön utan att skada dess förmåga att fungera normalt i alla andra avseenden.

”Det viktigaste här är att vi har skapat en miljösensor utan att modifiera växtens naturliga metabolism”, säger Ian Wheeldon, biträdande professor i kemi- och miljöteknik vid UCR. ”Tidigare skulle biosensorkomponenten ha förstört växtens förmåga att växa mot ljus eller sluta använda vatten när den utsätts för stress. Det här kommer inte att göra det.”

En ny artikel som beskriver den bakomliggande kemin har publicerats i tidskriften Nature Chemical Biology. Den tekniska processen börjar med ett protein som kallas abscisinsyra, eller ABA, som hjälper växter att acklimatisera sig till stressande förändringar i miljön.

Under torka torkar jorden och växterna producerar ABA. Ytterligare proteiner, så kallade receptorer, hjälper växten att känna igen och reagera på ABA. Detta i sin tur gör att växten stänger porerna i sina blad och stjälkar så att mindre vatten avdunstar och växten är mindre benägen att vissna.

Gröna växter blir röda i närvaro av en målkemikalie. Kredit: Sean Cutler/UCR
Gröna växter blir röda i närvaro av en målkemikalie. Kredit: Sean Cutler/UCR

Förra året visade forskargruppen att ABA-receptorproteiner kan tränas att binda till andra kemikalier än ABA. Nu har teamet visat att när receptorerna binder till denna andra kemikalie blir växten rödbetsröd.

För denna demonstration använde teamet azinphos-ethyl, ett bekämpningsmedel som är förbjudet på många platser eftersom det är giftigt för människor. ”Människor vi arbetar med försöker känna av information om kemikalier i miljön på avstånd”, säger Sean Cutler, UCR-professor i växtcellbiologi. ”Om du hade ett fält av dessa och de blev röda, skulle det vara ganska uppenbart, visuellt.”

Som en del av samma experiment demonstrerade forskargruppen också förmågan att förvandla en annan levande organism till en sensor: jäst. Teamet lyckades visa att jäst reagerar på två olika kemikalier samtidigt. Detta är dock ännu inte möjligt i växter.

”Det skulle vara fantastiskt om vi så småningom kunde designa en växt som känner av 100 förbjudna bekämpningsmedel, en one-stop shop”, säger Cutler. ”Ju fler man kan stapla, desto bättre, särskilt för tillämpningar som rör miljöhälsa eller försvar. Men det finns gränser för vad vi kan konstruera för dessa nya avkänningskapaciteter just nu.”

För att vara tydlig, dessa växter odlas inte kommersiellt. Det skulle kräva myndighetsgodkännanden som skulle ta många år. Det är också en ny teknik, med en rad problem som måste lösas innan den kan användas på jordbrukarnas åkrar eller någon annanstans i den verkliga världen. Upptäckten öppnar dock upp för nya möjligheter.

”Den här artikeln visade en visuell respons på en kemikalie i växter. Vi försöker att kunna känna av alla kemikalier i en miljö”, säger Cutler. ”Andra bekämpningsmedel men också läkemedel som p-piller eller Prozac i vattenförsörjningen, saker som människor är oroliga för att utsättas för. Dessa applikationer är nu inom räckhåll.”

Ytterligare information: An orthogonalized PYR1-based CID module with reprogrammable ligand-binding specificity, Nature Chemical Biology (2023). DOI: 10.1038/s41589-023-01447-7. www.nature.com/articles/s41588-023-01547-z

Bli först med att kommentera

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte att publiceras.