Szpinak i jego supermoce: ta roślina może działać jak wykrywacz materiałów wybuchowych

Bioinżynierowie z USA nie przestają zaskakiwać. Ich najnowsze dzieło to wyposażony w nanorurki węglowe szpinak emitujący widoczne w podczerwieni ostrzeżenia. W jaki sposób uzyskuje i wysyła informacje?

Najnowsze odkrycie jest zasługą naukowców pod kierownictwem Michaela Strano, profesora inżynierii chemicznej z uniwersytetu MIT (Massachusetts Institute of Technology). To nie pierwsze jego osiągnięcie w tej dziedzinie – już dwa lata temu zdołał przy pomocy nanocząsteczek zwiększyć w roślinach zdolności fotosyntezy, przekształcając je w sensory tlenku azotu.

Kolejnym osiągnięciem prof. Strano było stworzenie nanorurek węglowych i posłużenie się nimi jako sensorami wielu molekuł, m.in. nadtlenku wodoru, trotylu i sarinu. Zdobyte doświadczenia przyniosły sukces w najnowszym przedsięwzięciu – szpinaku zdolnym nie tylko wykryć materiały wybuchowe, lecz również szybko zakomunikować to fluorescencją.

Sukces udało się osiągnąć, wykorzystując właśnie nanorurki węglowe. Za sprawą połączeń naczyniowych osadzono je w mezofilu (tkance miękiszowej) liści, a więc warstwie najintensywniej dokonującej fotosyntezy. Tak zmodyfikowana roślina w sposób naturalny pobiera wodę z gleby, dostarczając ją do liści, a w nich także nanosensorów.

Te z kolei są niezwykle czułe na związki nitroaromatyczne, często stosowane przy produkcji wielu materiałów wybuchowych, m.in. min lądowych. Gdy któraś z tych substancji zostaje przez szpinak wykryta, w ciągu ok. 10 minut jego liście zaczynają emitować fluorescencyjny sygnał widoczny kamerą w podczerwieni. Maksymalny zasięg widoczności ostrzeżenia to obecnie ok. 1 metra.

Naukowcy wykorzystali specjalną kamerę, podłączoną do niewielkiego, mobilnego urządzenia opartego na Raspberry Pi. Docelowo sygnał może wykryć znacznie więcej modeli kamer – barierą jest jedynie powszechnie w nich montowany filtr podczerwieni. Zespół prof. Strano intensywnie pracuje także nad zwiększeniem zasięgu widoczności sygnału.

Badania nieprzerwanie trwają, a naukowcom udało się także stworzyć wariant szpinaku wykrywającego dopaminę, wpływającą na tempo wzrostu rośliny. Prowadzone są także prace nad kolejnymi rodzajami sensorów, m.in. ustalających jakich substancji używa roślina by przechowywać informacje we własnych tkankach.

W trakcie rozwoju są także próby stworzenia innych rodzajów sygnalizacji zagrożeń, w tym możliwość zmiany koloru czy komunikacja przy pomocy sygnałów radiowych. Docelowo zespół prof. Strano ma nadzieję stworzyć rośliny zdolne do ostrzegania przed zanieczyszczeniami powietrza i zmianami klimatycznymi, w szczególności suszą.

Odkrycie pomoże także wielu botanikom – tak zastosowana bioinżynieria pozwala lepiej zrozumieć mechanizmy pracy głębszych warstw roślin, precyzyjnie monitorować ich kondycję, a także maksymalizować ilość trudnych do pozyskania substancji pochodzenia roślinnego. Najlepszym przykładem jest Katarantus różowy – kwiat, który służy do produkcji leków na m.in. białaczkę.