未来能源科技:夜间发光树

译者: flyingheart | 发布: | 发布时间:2013-07-20,星期六 | 阅读:1,233
原文:Creating a New Kind of Night Light: Glow-in-the-Dark Trees
原作者:By Megan Gambino

加利福尼亚州一科研团队正在研制可以代替路灯的发光树

作者:梅根•甘比诺

9309822541_ab233a826a(安东尼•埃文斯供图)

旧金山创业者安东尼•埃文斯(Antony Evans)异想天开:“我们是否可以用能发光的树来代替路灯?”

埃文斯和自己的同事,生物学家暗利•阿米拉夫-德罗里和凯尔•泰勒,希望创造出可以自然发光的植物。为了满足人类的多种需要,人们在植物或动物的DNA中加入其它物种的基因,创造出转基因生物。埃文斯便受到了转基因生物的启发。例如,为了培育出抗虫害的庄稼,人们通常会为玉米和棉花引入苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)的基因。科学家们通过一种称为“嫁接”(pharming)的技术,将人类的基因嵌入植物或动物的基因中,这样这些寄主便可以制造出药用蛋白质。还有一些科研人员将负责制造绿色荧光蛋白质的水晶水母基因植入猫、猪之类动物的基因中;通过这种方法,他们只需观察寄主的后代在黑暗中是否发光,便可确定某种疾病是否已经从一代遗传给下一代。

9312610160_7947a6570d(宣传视频截屏)

今年春天,埃文斯的团队向Kickstarter网站上传了一份视频,解释他们如何计划把发光细菌的基因植入一种菌群,作为培育发光树的第一步。为了满足观众的想像力,视频中还包括一幅22世纪中叶明亮的潘多拉星球的图像——电影《阿凡达》的场景。该团队通过46天的募捐活动成功筹集到将近50万美元(约合305万人民币)的资金。下面是我和埃文斯的访谈内容。

科学家们在上世纪80年代利用基因工程第一次创造出夜间发光的植物。这是一种植入了萤火虫基因的烟草。从历史上讲,这个实验的目的是什么?

我认为,这个第一次仅仅是一个示范项目而已,但科学家们此后将其用于根系生长之类的研究。实际上,他们看重的是基础研究。

传统上,他们已经做到的是与启动子[1]一起,向植物基因中植入萤光素酶[2]基因,然后人工加入荧光素[3]。他们甚至将这些发光的植物送上了国际空间站,所以说这是一项相当完善的技术。

在您的发光植物项目中,您选择使用一种叫作拟南芥(Arabidopsis thaliana)的开花物种。为什么要用这种植物呢?

我们选择这种植物是因为它在学术界已经被研究的非常透彻。它算是植物生物学的“果蝇”吧。之所以人类竞相研究它是因为它拥有任何(开花)植物中最短的基因组。

为了实现发光的目的,您加入了什么基因?

我们使用了费氏弧菌(Vibrio fischeri)的基因。它属于海洋细菌。

这一切都是怎么完成的?您能介绍一下发光植物的创造过程吗?

我们开始要用到一种叫基因组编译器(Genome Compiler)的软件。基因组编译器帮助我们搜索基因序列,然后我们在一个友好的图形用户界面里修改那些基因序列。我们使用这种软件查阅费氏弧菌的基因,然后指定遗传编码并优化。这种方法是从根本上调整基因序列,使其可以在植物上而不是在细菌体内工作。之后我们便可以合成DNA了。软件界面上有一个“打印”按钮,可以“打印”出DNA。DNA文件以邮件的形式送到一家为我们制造DNA的公司。他们会把制造的DNA通过联邦快递寄给我们,接下来我们要做两件事。

(拟南芥)

首先,我们把DNA植入一些叫作土壤杆菌的细菌体内。那种细菌非常聪明,它知道如何自己开展基因工程。细菌将DNA植入植物的雌配子[4]。我们将那些花朵结下的种子种下,这样植物中就有了我们在计算机上设计的DNA。我们要做的第二件事是使用一把基因枪,这种设备可以把DNA高速射入植物的细胞内。其中一些细胞将吸收DNA并使其示性。

你们的收尾工作要在位于加利福尼亚硅谷森尼韦尔社区BioCurious生物实验室内完成。但DIY的方式行得通吗?您认为一个动手能力强的人可以做到吗?

作为Kickstarter募捐活动的一部分,我们是准备了一套装备的。你可以用这套装备制造出其中一种植物。最难的工作是基因序列设计,但一旦有人掌握了这一技术,你就可以看方抓药。

听说你们已经在Kickstarter网站吸引了8433名赞助人,赞助总额达到了484,013美元(约合297万人民币)。您对赞助人的热情是不是感到惊喜?

我们的筹资目标是65000美元(大约40万人民币),所以现在这个结果太棒了!相信Kickstarter,没有什么是不可能的!我们知道我们手里有一些有趣的东西,因为每个人都对此津津乐道。但我们没想到能获得这么多支持。

9309822185_ab479e2c73(宣传视频截屏)

有人认为,有朝一日我们可以用黑暗中的发光树来取代路灯,您认为这种说法有多大的可能性?

我们当然认为这种想法会成为现实,但毫无疑问这是一个长期目标。发光树面临的最大挑战是其生长时间过长。做发光树实验和测试不同的启动子都需要很长的时间。有几种不同的技术必须取得突破才行。其一应当是一种比较好的仿真技术,这样我们就可以在计算机上模拟出基因序列。其二应当是一种生物打印机或类似设备,这样我们便可以打印出一片叶子并实际测试这片叶子的基因序列(而不必等待整棵树长成)。或者还应有一种技术,即对实验树实施在某种程度的基因治疗,并就地做出调整及改变它们的DNA。在能够真正创造出大树之前,我们确实需要取得上面提到的某些技术进步。

在初步计算中,您认为一棵覆盖面积大约1000平方英尺(约合93平方米)的发光树发出的光相当于一盏路灯。

这将是一种非常与众不同的光照效果。你知道白天的光线来自整个天空,不是来自一个点,这和灯泡发光不一样。我们发光树发出的光将会更加发散,也更加美丽。

您当前的目标是什么?

我们的目标是完成向Kickstarter赞助人承诺的事。所以我们正在做这项工作,建立实验室、订购DNA并开始改造拟南芥属的植物。

您和您的同事许诺送给每位(达到一定捐赠额度的)赞助人一棵发光植物。你们能满足人们的期待吗?光强度能有多大?持续时间能有多长?

只要植物活着,晚上就会发光,但不会是超高亮度。我们希望可以达到夜间发光涂料的亮度。你需要呆在一间黑屋子里,然后你就会看到它发出朦胧的光。在此基础上,我们将继续优化并提高光输出。

在宣传视频上,您说,“发光植物是未来的象征。”在您看来,这个未来是什么样的?

我们提到的未来是指合成生物学的未来。我们认为这种技术将会趋于大众化;它会成为很多人都容易得到的技术。我乐于见到青少年和业余爱好者在家里或在DIY生物实验室里做一些基因工程工作。我们希望描绘这一未来,告诉人们它正在到来并在引发围绕这种技术展开的探讨——它意味着什么以及它对我们意味着什么。

这种技术正在迅速被人们接受。它将富于变化,而且我认为人们已经对它有所认识,了解到它的潜能并对其产生兴趣。它还提供了一些不可思议的机会,所以如果人们审视这个项目,表示“我很愿意尝试一下,”我想答案是“你可以的。”你只需去当地的DIY生物实验室,开始鼓捣它、开始学习它。

您认为,人们正在研究的其它转基因生物也是有前途的吗?

有很多很多人在从事转基因生物的研究工作。如果你留意一下国际基因工程机器设计(iGEM)基金会的项目,你就会发现此类研究的广度与多样性。我想,蜘蛛丝很酷,而那些研究新肉类品种的人也很酷。旧金山南湾的BioCurious生物实验室正在创造一些有趣的海藻材料——工程海藻。我们可以把工程海藻用于能源生产。我认为这个研究方向还有大量的工作要做,但其前景非常光明。

有让您担忧的项目吗?

不是现在,但我想最终会出现一些令人惊恐的材料。

有些人对您分发发光植物并把人造植物送入自然环境的做法表示忧虑。对于那些心存畏惧的人,您有什么想说的吗?

人们研制基因工程植物已经有几十年的历史了。我们只是在仿效过去的20年里已经创造出来的其它植物而已。我认为我们不是在做截然不同的事。这个项目的不同点在于它的资金募集方式以及相关研究工作是在DIY生物实验室里而不是在专门研究机构内进行的。

 

译注:

[1] 启动子(promoter),是指基因的起始区域,它会通知细胞开始转录,这是制造蛋白质的第一步。)

[2] 萤光素酶(luciferase),来自发出冷光的生物体。

[3] 荧光素(luciferin),一种在氧化时会发光的化合物。

[4] 雌配子(female gametes),成熟的雌性生殖细胞。

 

安东尼•埃文斯团队在Kickstarter网站的宣传视频链接:Glowing Plants: Natural Lighting with no Electricity

 



 

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