Zmodyfikowany bluszcz pothos. (Źródło: Mark Stone/U. Washington)

Naukowcy zmodyfikowali genetycznie pospolitą roślinę doniczkową — bluszcz pothos — w celu usunięcia chloroformu i benzenu z otaczającego ją powietrza.

Lubimy, aby powietrze w naszych domach było tak czyste, jak to tylko możliwe, a czasami używamy filtrów powietrza HEPA, aby powstrzymać szkodliwe alergeny i cząsteczki kurzu. Ale niektóre niebezpieczne związki są zbyt małe, aby te filtry mogły je uwięzić.

Małe cząsteczki, takie jak chloroform, który występuje w niewielkich ilościach w chlorowanej wodzie lub benzen, który jest składnikiem benzyny, gromadzą się w naszych domach, gdy bierzemy prysznic lub gotujemy wodę, albo gdy przechowujemy samochody lub kosiarki w garażach. Zarówno narażenie na benzen, jak i chloroform są powiązane z rakiem.

Zmodyfikowane rośliny wytwarzają białko o nazwie 2E1, które przekształca te związki w cząsteczki, które rośliny mogą następnie wykorzystać do wspierania własnego wzrostu.

„Ludzie tak naprawdę nie rozmawiali o tych niebezpiecznych związkach organicznych w domach i myślę, że to dlatego, że nie mogliśmy nic z nimi zrobić”, mówi starszy autor Stuart Strand, który jest profesorem naukowym na wydziale inżynierii lądowej i środowiskowej w Uniwersytet Waszyngtoński. „Teraz zaprojektowaliśmy rośliny doniczkowe, które usuwają dla nas te zanieczyszczenia”.

„Zielona wątroba” na zewnątrz ciała

Zespół zdecydował się na użycie białka zwanego cytochromem P450 2E1 lub w skrócie 2E1, które występuje u wszystkich ssaków, w tym u ludzi. W naszych ciałach 2E1 zamienia benzen w substancję chemiczną o nazwie fenol, a chloroform w dwutlenek węgla i jony chlorkowe. Ale 2E1 znajduje się w naszej wątrobie i włącza się, gdy pijemy alkohol. Nie jest więc dostępny, aby pomóc nam w przetwarzaniu zanieczyszczeń w naszym powietrzu.

„Zdecydowaliśmy, że ta reakcja powinna zachodzić poza ciałem, w roślinie, co jest przykładem koncepcji „zielonej wątroby”” – mówi Strand. „A 2E1 może być również korzystne dla rośliny. Rośliny wykorzystują dwutlenek węgla i jony chlorkowe do produkcji pożywienia, a fenol do tworzenia składników ścian komórkowych”.

Naukowcy stworzyli syntetyczną wersję genu, która służy jako instrukcja tworzenia króliczej formy 2E1. Następnie wprowadzili go do bluszczu pothos, aby każda komórka rośliny wytworzyła białko. Bluszcz Pothos nie kwitnie w klimacie umiarkowanym, więc genetycznie zmodyfikowane rośliny nie będą mogły się rozprzestrzeniać poprzez pyłek.

„Cały ten proces trwał ponad dwa lata”, mówi główny autor Long Zhang, naukowiec z wydziału inżynierii lądowej i środowiskowej. „To dużo czasu w porównaniu z innymi zakładami laboratoryjnymi, co może zająć tylko kilka miesięcy. Ale chcieliśmy to zrobić w pothos, ponieważ jest to wytrzymała roślina doniczkowa, która dobrze rośnie w każdych warunkach”.

Testowe uruchomienie

Następnie naukowcy przetestowali, jak dobrze zmodyfikowane rośliny mogą usuwać zanieczyszczenia z powietrza w porównaniu ze zwykłym bluszczem pothos. Oba rodzaje instalacji umieścili w szklanych probówkach, a następnie do każdej z nich dodali benzen lub chloroform. W ciągu 11 dni zespół śledził, jak zmieniało się stężenie każdego zanieczyszczenia w każdej rurce.

W przypadku roślin niezmodyfikowanych stężenie obu gazów nie zmieniało się w czasie. Ale w przypadku zmodyfikowanych roślin stężenie chloroformu spadło o 82 procent po trzech dniach i było prawie niewykrywalne w szóstym dniu. Stężenie benzenu również spadło w fiolkach zmodyfikowanych roślin, ale wolniej: do ósmego dnia stężenie benzenu spadło o około 75 procent.

Aby wykryć te zmiany w poziomach zanieczyszczeń, naukowcy zastosowali znacznie wyższe stężenia zanieczyszczeń niż zwykle spotykane w domach. Zespół spodziewa się jednak, że poziomy domowe spadną podobnie, jeśli nie szybciej, w tym samym przedziale czasowym.

Rośliny w domu musiałyby również znajdować się w obudowie z czymś, co przepuszcza powietrze przez liście, jak wentylator, mówi Strand.

„Gdybyś miał roślinę rosnącą w rogu pokoju, przyniesie to pewien efekt” – mówi. „Ale bez przepływu powietrza cząsteczka po drugiej stronie domu potrzebuje dużo czasu, aby dotrzeć do rośliny”.

Zespół pracuje obecnie nad zwiększeniem możliwości roślin poprzez dodanie białka, które może rozkładać inną niebezpieczną cząsteczkę znajdującą się w domowym powietrzu: formaldehyd, który jest obecny w niektórych produktach drewnianych, takich jak podłogi laminowane i szafki, oraz dym tytoniowy.

Long Zhang wkłada roślinę bluszczu pothos do szklanej probówki, aby sprawdzić jej zdolność do rozkładania benzenu lub chloroformu. (Źródło: Mark Stone/U. Washington)

„To są stabilne związki, więc naprawdę trudno się ich pozbyć” — mówi Strand. „Bez białek rozkładających te molekuły musielibyśmy użyć do tego wysokoenergetycznych procesów. O wiele prostsze i bardziej zrównoważone jest zebranie wszystkich tych białek w roślinie doniczkowej”.

Badania sfinansowały National Science Foundation, Amazon Catalyst na UW oraz National Institute of Environmental Health Sciences.

Badanie pojawia się w Nauka o środowisku i technologia.

Źródło: uniwersytet Waszyngtoński

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon