Světluška využívá svítící zadeček ke komunikaci se svým okolím, mořský ďas lampičkou nad svou hlavou láká kořist. Oba živočichové využívají jev zvaný bioluminiscence, tedy možnost produkovat studené světlo. Děje se tak díky enzymu zvanému luciferáza, jehož mechanismus se nyní podařilo objasnit vědcům z brněnské Masarykovy univerzity u mořského žahavce renily fialové.
Popsali, jakým způsobem a na jaká místa se v molekule luciferázy váže její "palivo", takzvaný luciferin. "Důležitá je v celém procesu oxidace. Luciferin se díky reakci s kyslíkem přemění na meziprodukt, který má v sobě obrovské množství energie a tu může následně svým rozpadem uvolnit. Aby se však výsledný produkt dokázal rozsvítit, potřebuje luciferázu, která reakci kontroluje a usměrňuje uvolňující se energii do podoby světla, nikoliv tepla, jako by se tomu stalo při běžné oxidaci," vysvětluje člen výzkumného týmu Martin Toul.
Vysvětluje, že existuje více typů bioluminiscence, jejichž podstata se u jednotlivých organismů liší. Své vlastní procesy výroby světla využívají světlušky, mořští živočichové, houby i bakterie. S tím, jak vytváří světlo mořský žahavec, si ale vědci lámali hlavu dlouhých 40 let. Ve světových oceánech přitom žije až 80 procent všech "svítících" rodů živočichů.
"Doteď nebyla věda schopna parametry bioluminiscence u tohoto mořského organismu cíleně upravovat. To se teď mění a úpravy můžeme zacílit i na širší praktické využití," říká Toul.
Jednu z již funkčních možností uplatnění má objev v lékařství. "Můžeme luciferázu označit tak, aby se při 'vstříknutí' do organismu specificky vázala na nádorové buňky a označila tím místo nádoru. Říká se tomu bioluminiscenční zobrazování. V praxi už se tento princip využívá ve výzkumu na laboratorních zvířatech," popisuje další člen týmu Daniel Pluskal. Dodává ale, že vzhledem k náročnosti vývoje bude potřebný další výzkum.
Přes den se stromy nabijí, v noci budou svítit
Brněnští vědci ve zprávě o svém objevu dokonce navrhli využít bioluminiscenci k bezemisnímu svícení díky její vlastnosti produkovat studené světlo. "Běžná žárovka se žhavicím vláknem vyzáří jen deset procent energie jako světlo, zbylých 90 procent je teplo. Úsporné zářivky a LED osvětlení jsou již výrazně efektivnější, ale stále ještě mají rezervy. U luciferáz je to však oproti běžné žárovce naopak, až 95 procent vyzářené energie je světlo," objasňuje Pluskal.
Vědcům se podařilo luciferázu ve zkumavce rozsvítit na 48 hodin, jiné podle nich často jen probliknou. Nyní tak stojí před otázkou, jak udržet enzym svítit ještě déle. "Posledním velkým krokem je zjistit, jakým způsobem vzniká molekula toho našeho luciferinu v přírodě," říká Pluskal a připouští, že pokud by se to podařilo, rozsvítit by se nakonec mohly i rostliny.
"Přes den na ně dopadá obrovské množství světla, které samy neumí efektivně využít. Kdyby se geneticky upravily, aby nevyužitou energii použily na výrobu paliva - v tomto případě luciferinu - mohly by jej po přepnutí svého metabolismu z denního na noční začít přeměňovat luciferázou, a tím energii přeměnit zpět na světlo v podobě nočního osvětlení. V podstatě by rostlina fungovala jako soběstačný solární panel, který by se ve dne nabíjel a v noci energii využíval, popisuje vědec.
Je zásah do genomů rostlin bezpečný?
Biolog František Baluška z německé Univerzity v Bonnu a spolupracovník katedry experimentální biologie rostlin na Univerzitě Karlově ale vyjadřuje obavy z možných důsledků. Jako jeden ze zakladatelů oboru neurobiologie rostlin kritizuje zasahování do genomů rostlin pomocí moderních biotechnologií.
"Chováme se k rostlinám jako k něčemu, co můžeme libovolně měnit, a to bez ohledu na fakt, že se jedná o autonomní organismy," říká pro Aktuálně.cz. Namítá také, že enzym může mít potenciálně vliv například na fotosyntézu.
Podle brněnských vědců je ale luciferáza zmíněného žahavce unikátní a nehrozí, že by mohla zasahovat do metabolismů jiných organismů. "Ta šance je extrémně mizivá, i proto jsou mořské luciferázy ideální pro biotechnologické využití," tvrdí Pluskal.
Některým firmám se již podařilo svítící rostliny vypěstovat. Například americká firma Light Bio využila luciferázu hub, kterou přenesla do semenáčků tabáku. Na čekací listinu společnosti se nyní nově mohou zapsat i zájemci o svítící petúnie.
Může to trvat roky, ale i desítky let
Na svítící stromy v ulicích namísto pouličních lamp si však lidé musí ještě počkat. Je totiž nutné zjistit, jak luciferiny syntetizovat přímo v buňkách jiných organismů. Přestože chemicky se to již podařilo, takovéto využití by bylo ekonomicky nákladné a nepraktické.
Problém se týká i zmíněného možného bezemisního svícení. "Luciferázové žárovky by vyžadovaly, abychom do nich po nějaké době vždy doplňovali palivo, tedy luciferin. Mnohem efektivnější by však bylo, kdybychom naučili organismus uvnitř žárovek, v tomto případně třeba bakterie nebo řasy, aby si vytvářely vlastní luciferin pro svícení, a žárovky tak mohly svítit nepřetržitě," dodává Martin Toul.
Doba, kdy si lidé budou moct domů pořídit svítící rostlinu místo lampy, je tak podle něj ještě vzdálená. "Jedna věc je proces objevit, druhá je vyvinout technologie pro jeho praktické využití a třetí pak nechat celý systém legislativně schválit. Může to trvat jednotky let, ale třeba i několik dalších desítek. Takto holt věda funguje," podotýká.
