Wees getuige van een lichtgevende transgene tabaksplant die het vuurvliegluciferase-gen bevat. Kun je bij dat licht een roman lezen of zo? © ScienceVU/Keith Wood/Visuals Unlimited/Corbis

Begin mei 2013 de Amerikaanse regering heeft een in Texas gevestigde non-profitorganisatie opdracht gegeven om blauwdrukken voor een gevaarlijk apparaat van haar website te verwijderen. Het voorwerp? de bevrijder, een werkend plastic pistool sloeg af op een paar duizend dollar, industriële 3D-printer. De blauwdrukken zijn naar schatting 100 gedownload, 000 keer. Ze bestaan ​​waarschijnlijk nog steeds op het web [bron:BBC].

We leven in een tijd waarin "doe-het-zelf" opwindende en zenuwslopende connotaties heeft gekregen, van het schrijven van een geweldige app tot het bouwen van een doe-het-kernreactor [bron:Clynes]. Naarmate goedkoop 3D-printen steeds complexere taken aankan, misschien maken we binnenkort ons eigen speelgoed, meubels - zelfs huishoudelijke elektronica [bron:Dillow]. Sluit de diepe en uitgebreide kennisbasis van internet aan en de fiscale kracht van crowdfundingsites zoals Kickstarter, en je hebt een recept voor een getransformeerde wereld.

Maar zijn we klaar om zoveel geesten uit zoveel flessen tegelijk los te laten? Voordat u antwoordt, bedenk dat sommige van die flessen zijn gelabeld met "bacteriën" en "DNA, "gereedschappen in de ontluikende huisindustrie van doe-het-zelf-biotechnologie. Dus wat is gevaarlijker:synthetisch en genetisch gemodificeerd leven, of een afdrukbaar pistool?

Dat waren de vragen die milieugroeperingen opwierpen toen synthetisch bioloog Omri Amirav-Drory, plantenwetenschapper Kyle Taylor en projectleider Antony Evans begonnen de Glowing Plants Kickstarter-campagne om "echte gloeiende planten te creëren in een doe-het-zelf biolab in Californië" [bronnen:Evans; Paramaguru; Pollak]. Net als donateurs van de publieke omroep, Bijdragers van de Kickstarter-campagne ontvangen beloftebeloningen, maar dit zijn geen draagtassen:in plaats daarvan, iedereen die $ 40 binnenhaalt, ontvangt zaden voor het kweken van hun eigen gloeiende planten.

Onschadelijk? Misschien, misschien niet. Hoe dan ook, het komt neer op de ongereguleerde verspreiding van een genetisch gemodificeerde levensvorm.

Met ingang van 5 juni, Glowing Plants had er 7 verzameld, 858 donateurs en meer dan $451, 207 aan financiering. Na de aanvankelijke $ 65 te hebben overschreden, 000 doel om stralend te worden Arabidopsis thaliana -- een onkruidachtige mosterdfamilie en een favoriete cavia van de plant -- het naderde snel zijn $ 500, 000 stretchgoal. Het onderzoek zou op een dag kunnen leiden tot een groot aantal verlichtingsoplossingen die, volgens Evans, zou een aanzienlijke deuk in onze ecologische voetafdruk maken [bronnen:Evans; Paramaguru; Pollak].

Evans en zijn bedrijf zijn verre van het enige spel in de stad. Onderzoekers in Taiwan onderzoeken de verspreiding van gouden nanodeeltjes in boombladeren om ze zowel te laten gloeien als te laten fotosynthetiseren. koolstof uit de lucht verwijderen [bronnen:Beck; Nagano]. Dichter bij huis, Alexander Krichevsky, die het onderzoek van de Stony Brook University leidde dat hielp om Glowing Plants te inspireren en te stimuleren, heeft zijn eigen bedrijf opgericht, BioGlow, om glanzend sierblad op de markt te brengen [bron:Pollack].

Dit alles laat een in het oog springende vraag over:zullen de planten zelfs werken? Gaan we straks een boek lezen van rododendron of autorijden bij larikslicht?

Groen licht krijgen

Ze zeggen dat machtige eiken uit kleine eikels groeien. Verlichte eiken hebben echter een beetje hulp van de wetenschap nodig.

Het onderzoek naar fluorescerende markers dat ten grondslag ligt aan het Glowing Plants-initiatief werd ontwikkeld door de Nobelprijswinnaars Osamu Shimomura uit 2008. Martin Chalfie en Roger Y. Tsien, maar het werk aan het volgen van genexpressie met behulp van groen fluorescerend eiwit (GFP) kwam echt tot bloei in de jaren negentig. het eiwit, die gloeit bij blootstelling aan ultraviolet licht, al snel een zeeverandering in gang gezet in de moleculaire en cellulaire biologie, geneeskunde en farmacologie, en hielp het zaad te planten voor jonge biotech-industrieën zoals biosensoren en bio-informatica [bronnen:Evans; Lee en Min; Nobel Stichting; Timmerman; Tsien].

Maar planten die een zwart licht nodig hebben om te schijnen, hebben niet veel nut om te rijden of te lezen. Dergelijke toepassingen vereisen een lichtafstotende chemische reactie, een soort ontkiemende glowstick.

In 1986, Onderzoekers van de Universiteit van Californië in San Diego (UCSD) creëerden precies dat toen ze een tabaksplant wijzigden om een ​​enzym te produceren dat luciferase wordt genoemd. Zoals elke vuurvlieg je kan vertellen, wanneer luciferase reageert met ATP, een energie-opslaand molecuul dat wordt gebruikt in het metabolisme, en luciferine, een organisch molecuul, het straalt licht uit [bron:Monastersky].

De fabriek van UCSD was in één belangrijk opzicht beperkt, echter:het maakte zijn eigen luciferine niet, dus het kon niet, bij wijze van spreken, gloei het alleen. In 2010, onderzoekers van Stony Brook University hebben deze beperking overwonnen door zes luciferine-coderende genen van bioluminescente mariene bacteriën in genetisch materiaal te plaatsen in de chloroplasten van de plant (plantstructuren die fotosynthetisch pigment bevatten). En voila, autoluminescente tabak - vermoedelijk voor herstellende rokers die graag oplichten zonder op te lichten [bronnen:Evans; Krichevsky et al.; Paramaguru; Pollak].

Helaas, de Stony Brook-fabriek scheen zo zwak dat het vijf minuten in het donker nodig was voor menselijke ogen om het waar te nemen [bron:Pollack]. Slechter, de gloed vernietigde geleidelijk zichzelf toen de luciferine die hem voedde, werd omgezet in oxyluciferine [bron:Swain].

Een mogelijke uitweg uit deze chemische doodlopende straat kwam in 2010, toen een iGEM-team van de Universiteit van Cambridge (zie kader) genen van vuurvliegjes en lichtgevende bacteriën in gemodificeerde E coli , het creëren van een proces dat oxyluciferine terug recyclet tot zijn gloeivriendelijke voorloper. Hun proces verhoogde ook de lichtopbrengst voldoende dat een bacteriecultuur ter grootte van een wijnfles voldoende licht uitstraalde om door te lezen. Eindelijk, Evans en het bedrijf hadden de stukken die ze nodig hadden voor een hernieuwbaar en zelfvoorzienend plantlicht [bronnen:Evans; iGEM; zwaan; Timmer].

Maar terwijl gloeiende markers essentieel onderzoek en medische toepassingen omvatten, de punt van een gloeiende boom -- zelfs een met potentieel positieve milieueffecten, ervan uitgaande dat Evans gelijk heeft -- laat veel waarnemers met stomheid geslagen.

Computervirussen (letterlijk)

In mei 2010, met behulp van het equivalent van een DNA-printer, genetisch lichtpunt Craig Venter's Celera-team creëerde de eerste synthetische levensvorm. Vandaag, DNA-gieterijen zijn een groeiend bedrijf, en sommige experts beweren dat we nog maar een decennium verwijderd zijn van het thuis afdrukken van recepten van internet [bron:Wadhwa].

In de tussentijd, samenwerkingsinspanningen zoals de jaarlijkse wedstrijd gesponsord door iGEM (de International Genetically Engineered Machine Foundation) leren studenten hoe ze synthetische organismen kunnen bouwen met behulp van BioBricks. Net zoals open-source computercode hielp bij het bouwen van internet, deze biologische bouwstenen zouden binnenkort de basis kunnen leggen voor grotere, geïntegreerde biologische systemen [bron:iGEM].

Lees verder

Indie Glow? Of geen sprankje hoop?

Hoe veel of weinig Evans en zijn bedrijf uiteindelijk ook bereiken met Glowing Plants, niet iedereen deelt zijn enthousiasme voor het vooruitzicht van crowdsourced, van eigen bodem, synthetische "genegeneering". Sommigen twijfelen aan de veiligheid van het project, terwijl anderen zich richten op de geldigheid en financiële ethiek.

Volgens The New York Times, de milieugroeperingen Friends of the Earth en de ETC Group hebben contact opgenomen met het Amerikaanse ministerie van Landbouw om het project en zijn potentieel "wijdverbreide, willekeurig en ongecontroleerd vrijgeven van bioengineered zaden." Wat betreft het geld, Evans vertelde de Times dat hij wat Kickstarter-fondsen zal besteden aan het onderzoeken van gerelateerde openbare beleidskwesties, maar veel commentatoren blijven sceptisch [bron:Pollack; Timmer].

Dus hoe eng zijn deze bomen? Kunnen ze het milieu vervuilen met elfenpollen? Het is moeilijk te zeggen. Het proces dat Glowing Plants zal gebruiken, lijkt op het proces dat is ontwikkeld aan de Stony Brook University, die chloroplasten aantasten. Bij de meeste bloeiende soorten chloroplasten worden door de moeder geërfd - doorgegeven door zaad, geen pollen -- wat het risico op milieuverontreiniging vermindert door, zeggen, gloeiende rozen, maar veel bomen vallen buiten deze categorie [bron:Krichevsky et al.].

En stuifmeel vormt slechts een van de vele potentiële milieuproblemen. Bijvoorbeeld, hoe zouden vogels, eekhoorns of vitale insecten reageren op een gloeiende boom? Hoe zouden planners te werk gaan om een ​​milieueffectrapportage uit te voeren voor een dergelijke installatie?

In de tussentijd, er wachten ook tal van praktische vragen op antwoorden:hoeveel energie kunnen dergelijke planten zich veroorloven om te besteden aan lichtproductie? En hoe helder zullen ze uiteindelijk schijnen [bronnen:Pollack; Timmers]?

Het probleem is energie. Hoewel de totale zonnestraling die een gemiddelde boom treft, groter is dan de hoeveelheid die nodig is om een ​​effectieve straatlantaarn van stroom te voorzien, slechts een klein deel van die zonnestraling bereikt de bladeren van een boom - en slechts een klein deel daarvan valt binnen de golflengteband die nodig is voor fotosynthese. De boom moet dan een aanzienlijk deel van deze energie gebruiken voor leven en groeien, er blijft slechts een fractie van een fractie van een fractie beschikbaar om licht te genereren -- om nog maar te zwijgen van de energie die nodig is om de noodzakelijke chemicaliën te fabriceren. Het probleem zou alleen maar erger worden in de winter, wanneer beschikbaar zonlicht dimt en bomen een metabolische stasis binnengaan die hun chemische glans zal doden [bron:Timmer].

En dat is de kern van het probleem. Hoe populier het idee ook is, en hoeveel donoren er ook naar smachten of smachten, gloeiende bomen zijn op zijn best een schaduwrijk vooruitzicht.

Steek dat in je stopcontact

Gloeiende planten zijn slechts één voorbeeld van een grote verschuiving die gaande is in hoe we naar verlichting kijken. Terwijl onderzoek blijft uitwijzen hoe bepaalde golflengten van licht depressie kunnen genezen of beïnvloeden, ontspanning, concentratie en zelfs misdaadcijfers, industrie heeft kennis genomen. Binnenkort gaan we verder dan "Is het hier helder genoeg?" om huishoud- en werklampen te kopen die naar believen kunnen worden aangepast om de gewenste effecten te bereiken [bronnen:Barringer; De Yomiuri Shimbun].

Veel meer informatie

Notitie van de Auteur:Kunnen glow-in-the-dark planten straatverlichting vervangen?

Zou je willen leven in een wereld die eruitziet als een knock-off van Pandora, of schalt als de wanddecoraties van een stoner crash pad? Als je ja zei, zou je antwoord veranderen als je je realiseert dat er waarschijnlijk geen manier is om de bomen uit te zetten?

Sommigen omarmen gloeiende planten vanwege hun symbolische waarde. Bomen worden geassocieerd met kennis, hetzij in Bijbelse of Newtoniaanse zin, evenals verschillende lichtbronnen (gloeilampen, lantaarns en fakkels komen voor de geest). Maar symbolen snijden aan twee kanten, en een gloeiende boom die niet werkt -- of erger nog, veroorzaakt schade -- is nog een pijl in de koker van degenen die op zijn minst enige wetenschap als lichtzinnig beschouwen en de risico's die onderzoek soms met zich meebrengt niet waard zijn.

Hoe dan ook, de uitdrukkingen "doe-het-zelf biolab" en "postorder DNA-gieterij" geven me de wilskracht.

gerelateerde artikelen

• Zijn we 10 jaar verwijderd van kunstmatig leven?
• Kunnen kleurgecodeerde bacteriën olielozingen helpen opsporen?
• Hoe bioluminescentie werkt
• Hoe werken glow-in-the-dark dingen?
• Hoe Kickstarter werkt

bronnen

• blokkeerder, Geluk. "Nieuwe technologie inspireert een heroverweging van licht." De New York Times. 24 april 2013. http://www.nytimes.com/2013/04/25/business/energy-environment/new-technology-inspires-a-rethinking-of-light.html?pagewanted=all&_r=0
• BBC. "Amerikaanse regering beveelt verwijdering van Defcad 3D-gun-ontwerpen." 10 mei 2013. http://www.bbc.co.uk/news/technology-22478310
• Wenk, Julie. "Bomen doordrenkt met gloeiende nanodeeltjes kunnen straatverlichting vervangen." Populaire wetenschap. 11 november 2010. http://www.popsci.com/technology/article/2010-11/trees-could-one-day-serve-streetlights-thanks-gold-nanodeeltjes
• Clynes, Tom. "De jongen die met Fusion speelde." Populaire wetenschap. 14 februari 2012. http://www.popsci.com/science/article/2012-02/boy-who-played-fusion
• dille, Klei. "Hoe 3D-printen huizen in minifabrieken zal veranderen." Populaire wetenschap. 16 november 2012. http://www.popsci.com/technology/article/2012-10/how-3-d-printing-will-turn-homes-mini-factories
• Evans, Antonius. "Gloeiende planten:natuurlijke verlichting zonder elektriciteit." Kickstarter-pagina. http://www.kickstarter.com/projects/antonyevans/glowing-plants-natural-lighting-with-no-electricit
• iGEM. "Team:Cambridge." http://2010.igem.org/Team:Cambridge
• iGEM. "Synthetische biologie op basis van standaardonderdelen." http://igem.org/Over
• Kritsjevski Alexander, Benjamin Meijers, Alexander Vainstein, Pal Maliga en Vitaly Citovsky. "Autoluminescente planten." PLoS EEN. Vol. 5, Nee. 11. 2010. http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0015461
• Lee, Dag Il en Jung-Joon Min. "Moleculaire beeldvorming met behulp van bioluminescentie." The Open Nuclear Medicine Journal. Vol. 2. Pagina 157. 2010. http://www.benthamscience.com/open/tonmedj/article/V002/SI0143TONMEDJ/157TONMEDJ.pdf
• Monasterski, Richard. "Firefly-gen zet tabaksplanten in vuur en vlam." Wetenschap nieuws. 15 november, 1986. http://www.sciencenews.org/view/url/id/199905/goto/Firefly_Gene_Sets_Tobacco_Plants_Aglow
• Nagano, Yuriko. "Goud geeft kleur aan waterplanten." Nieuwe wetenschapper. 25 november 2010. http://www.newscientist.com/article/mg20827885.000-glowing-trees-could-light-up-city-streets.html
• Nobel Stichting. "De Nobelprijs voor Scheikunde 2008." http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2008/
• Paramaguru, Kharunya. "Gloeiende plant krijgt groen licht van giften van fans." Tijd. 8 mei 2013. http://newsfeed.time.com/2013/05/08/glowing-plant-gets-green-light-from-fan-funding/
• pollak, Andreas. "Een droom van bomen die 's nachts gloeien." De New York Times. 7 mei 2013. http://www.nytimes.com/2013/05/08/business/energy-environment/a-dream-of-glowing-trees-is-assailed-for-gene-tinkering.html?pagewanted=all
• zwaan, Frank. "Gloeiende bomen kunnen stadsstraten verlichten." Nieuwe wetenschapper. 25 november 2010. http://www.newscientist.com/article/mg20827885.000-glowing-trees-could-light-up-city-streets.html
• De Yomiuri Shimbun. "Blauwe straatverlichting waarvan wordt aangenomen dat ze zelfmoord voorkomen, Straatcriminaliteit." The Seattle Times. 11 december 2008. http://seattletimes.com/html/nationworld/2008494010_bluelight11.html
• Timmerman, John. "Waarom uw straatverlichting niet snel zal worden vervangen door gloeiende bomen." Ars Technica. 30 april 2013. http://arstechnica.com/science/2013/04/why-your-streetlights-wont-be-replaced-by-glowing-trees-anytime-soon/
• Tsien, Roger Y. "De groene fluorescerende proteïne." Jaaroverzicht van de biochemie. Vol. 67. Pagina 509. 1998. http://tsienlab.ucsd.edu/Publications/Tsien%201998%20Annu.%20Rev.%20Biochem%20-%20GFP.pdf
• Wadhwa, Vivek. "DNA:de volgende grote hackgrens." De Washington Post. 7 december 2011. http://articles.washingtonpost.com/2011-12-07/national/35286045_1_synthetic-biology-mycoplasma-mycoides-craig-venter