Gentechniker lassen Pflanzen erstrahlen - wissenschaft.de
Anzeige
Anzeige

Technik+Digitales Umwelt+Natur

Gentechniker lassen Pflanzen erstrahlen

Leuchtende Blüten einer Tabakpflanze. (Bild: Planta)

Heller als jemals zuvor: Gentechniker präsentieren Designer-Gewächse, die ohne zusätzliche Hilfsmittel kontinuierlich Strahlung erzeugen, die mit bloßem Auge sichtbar ist. Die Übertragung eines genetischen Lumineszenz-Programms aus leuchtenden Pilzen sorgt für die innovative Leuchtkraft. Das Konzept könnte der Pflanzenforschung dienen, aber auch strahlende Zierpflanzen ermöglichen, sagen die Wissenschaftler.

Ist doch ein alter Hut, könnte man meinen: Gentechnisch veränderte Pflanzen oder Gewebe mit speziellen Lichteffekten gibt es schon lange. Doch in vielen Fällen basiert das Schimmern nicht auf einer eigenständigen Leuchtkraft (Lumineszenz), sondern auf der sogenannten Biofluoreszenz. Dabei werden Substanzen durch die Bestrahlung mit speziellen Lichtfrequenzen zum Leuchten angeregt. Echte Lumineszenz in Pflanzen gab es allerdings auch schon: Dabei wurden Gene des Glühwürmchens übertragen oder Leuchtprogramme von bestimmten Bakterienarten in Pflanzenzellen aktiviert. Doch die Effekte blieben schwach oder es waren zusätzliche Behandlungen nötig, um das Licht zu erzeugen. Leuchtende Gewächse, wie sie etwa den Wald in dem Sciencefiction-Film „Avatar“ erhellen, waren bisher nicht möglich.

Pilzliche Leuchtkraft übertragen

Doch das internationale Forscherteam um Karen Sarkisyan vom London Institute of Medical Sciences lässt nun die Fantasie zur Wirklichkeit werden. Wie sie berichten, sind ihre Pflanzen deutlich heller als alle bisherigen Gentech-Gewächse mit Lumineszenz-Effekten. Möglich wird dies durch die Übertragung der genetischen Grundlagen eines Leuchtsystems, das aus lumineszenten Pilzen stammt. Erst in den letzten Jahren ist es gelungen, das genetische Konzept dieser Lichterzeugung aufzudecken. Es eignet sich für den Einsatz in Pflanzen deutlich besser als das System der Glühwürmchen oder leuchtender Bakterien, sagen die Wissenschaftler.

Wie sie erklären, basiert die Lichtemission bei dem neuen Konzept auf einem organischen Molekül, das auch bei allen Pflanzen natürlicherweise häufig vorkommt: Die sogenannte Kaffeesäure spielt eine wichtige Rolle beim Aufbau von Zellwänden. Bei dem Lumineszenz-Verfahren der Pilze produziert diese Substanz Licht durch einen Stoffwechselzyklus, an dem vier weitere Substanzen beteiligt sind, berichten die Forscher: Zwei Enzyme wandeln die Kaffeesäure in eine lumineszierende Vorstufe um, die dann durch ein drittes Enzym unter Erzeugung eines Photons oxidiert wird. Das letzte Enzym wandelt das oxidierte Molekül dann wieder in Kaffeesäure um, damit der Zyklus fortlaufend aktiv bleiben kann.

Anzeige

Im Rahmen ihrer Studie haben die Wissenschaftler nun Tabakpflanzen mit den nötigen genetischen Komponenten für das pilzliche Biolumineszenz-System ausgestattet. Sie werden wegen ihrer leichten Handhabbarkeit oft als Modellpflanzen in der Genetik verwendet. Prinzipiell lässt sich das genetische Programm aber ins Genom vieler Pflanzenarten einschleusen, sagen die Wissenschaftler. Beim Tabak konnten sie mit dem Konzept für ein deutlich sichtbares Leuchten im Dunkeln sorgen: Das grünliche Licht von Blättern, Stängeln, Wurzeln und Blüten, das sie im Rahmen ihrer Studie präsentieren, wurde mit gewöhnlichen Kameras und Smartphones aufgenommen. Diese Gewebe erzeugen von der Keimung an kontinuierlich Licht, ohne die Vitalität der Pflanzen zu beeinträchtigen, berichten die Wissenschaftler.

Wissenschaftliches und kommerzielles Potenzial

Durch die deutliche Sichtbarkeit ist es ihnen zufolge nun möglich, Zierpflanzen zu entwickeln, die im Dunkeln leuchten. Eine Firma beschäftigt sich offenbar bereits mit der Umsetzung dieser Idee. Strahlende Gentech-Rosen und andere leuchtende Zierpflanzen werden allerdings wohl kaum für allgemeine Begeisterung sorgen. Doch wie die Forscher betonen, steckt durchaus auch wissenschaftliches Potenzial in dem Konzept: Es könnte buchstäblich Licht in das Innenleben von Pflanzen bringen.

Wie die Forscher erklären, kann die Strahlungsaktivität der Pflanzen beispielsweise einen Hinweis auf Stoffwechselprozesse liefern, da die Lichterzeugung mit der für das Wachstum wichtigen Kaffeesäure verknüpft ist. Oft sind veränderliche Muster oder Wellen bei der Lichterzeugung feststellbar, die Prozesse innerhalb der Pflanzen offenbaren, berichten die Wissenschaftler. Demnach könnten die Lichteffekte wichtige Einblicke in die physiologischen Zustände von Pflanzen und ihre Reaktionen auf die Umwelt ermöglichen. Man darf also gespannt sein, wie sich das Konzept wissenschaftlich oder aber kommerziell entwickeln wird.

Video: Einblick in das Wachstum der leuchtenden Pflanzen. Credit: Planta

Quelle: London Institute of Medical Sciences, Fachartikel: Nature Biotechnologie, doi: 10.1038/s41587-020-0500-9

Anzeige

bild der wissenschaft | Aktuelles Heft

Anzeige

Aktueller Buchtipp

Sonderpublikation in Zusammenarbeit  mit der Baden-Württemberg Stiftung
Jetzt ist morgen
Wie Forscher aus dem Südwesten die digitale Zukunft gestalten

Wissenschaftslexikon

Fau|vis|mus  〈[fovis–] m.; –; unz.〉 Richtung der frz. Malerei als Gegenbewegung gegen den Impressionismus [nach dem Spottnamen für diese Maler, les Fauves ... mehr

♦ Ko|pro|sta|se  auch:  Ko|pros|ta|se  〈f. 19; Med.〉 Kotstauung ... mehr

Ver|kehrs|pla|nung  〈f. 20; unz.〉 Planung von Verkehrswegen

» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige