Tvornica duhana mogla bi proizvoditi jeftini deterdžent umjesto cigareta.
Duhan je najsmrtonosnija biljka na svijetu, odgovorna za smrt više od sedam milijuna ljudi godišnje, Prema CDC-ju. Ali u novoj studiji objavljenoj ovog tjedna, istraživači sa Sveučilišta Cornell i Sveučilišta Illinois genetskim inženjeringom daju biljnim vrstama novi smjer. Umjesto da unose karcinogene, biljke duhana mogle bi proizvoditi sastojke za deterdžent za pranje rublja, i to daleko jeftinije nego što sada mogu proizvođači.
Znanost je često frustrirajući proces, pun dosade i zastoja. Ali ponekad eksperiment prođe bolje od očekivanog. Primjer: u svojoj novoj studiji (objavljenoj prošli tjedan u časopisu Nature Plants), istraživači su imali tako sjajne rezultate da su upotrijebili riječ "izvanredan" da ih opišu. U pokušaju da duhanu daju novi posao, inženjeri su u biljku ubacili bakterijski gen koji proizvodi enzim Cel6A u kloroplastima.
Poput mnogih biljnih enzima, Cel6A i druge celulaze (nazvane tako jer razgrađuju celulozu, vanjsku stijenku biljnih stanica) vješte su u rastavljanju većih spojeva. Cel6A je nevjerojatno korisno imati u deterdžentima za pranje rublja, gdje oni počinju raditi razgrađuju naše mrlje. Ideja bi bila rekonstruirati biljke dizajnerskog duhana za proizvodnju velikih količina enzima, izolirati ga i koristiti za izradu deterdženta za pranje rublja.
Iz prethodnog rada, istraživači su već znali da je biljka duhana sposobna proizvoditi te enzime učinkovito u zatvorenom prostoru. Sada su htjeli shvatiti kako im je vani. Stoga su u svojoj novoj studiji testirali koliko bi se genetski modificirani duhan ponašao vani na polju, daleko od laboratorija (i gdje bi uzgajati ako se ova ideja ostvari) i biti izložena varijablama s kojima se normalne biljke moraju nositi, poput kiše, vrućine, napada insekata i infekcije. Utvrdili su da se priroda na otvorenom iznenađujuće dobro slaže s dizajnerskim biljkama, a zelje proizvodi više Cel6A nego što su istraživači predvidjeli. Iako su i dalje proizvodili malo manje proteina nego u staklenicima i komorama za rast.
Elaine Tobin, umirovljena profesorica koja je studirala molekularnu biologiju biljaka na UCLA, kaže da eksperiment predstavlja isplativ način izrade Cel6A. “Imali su sjajnu ideju koju su i ostvarili.”
Jedna od autorica, Beth Ahner, profesorica biološkog inženjerstva i inženjerstva okoliša na Cornellu, došla je na ideju izmjeriti kako je stvaranje dodatnih transgenih proteina utjecalo na normalan rast duhana od skupine francuskih znanstvenika u 2009. Francuske biljke duhana imale su manje Rubisca, ključnog enzima koji pomaže biljkama uhvatiti ugljični dioksid tijekom fotosinteze. "Taj rani rad potaknuo je našu znatiželju o tome što bi se moglo dogoditi u biljkama kada imaju ovo opterećenje", kaže ona. Počela je raditi s diplomiranim studentom kako bi vidjela mogu li proizvesti protein koji je koristan u proizvodnji biogoriva. Kada je dr.sc. kandidatkinja Jennifer Schmidt je došla i bila je znatiželjna o istraživanju, odlučili su raditi na Cel6A.
Ahner kaže da su gene za ovu studiju dobili od Thermobifida fusca, uobičajene bakterije komposta. Trenutačno proizvođači rublja proizvode enzime koji ulaze u deterdžent za pranje rublja putem mikrobnih bioreaktora: velikih, rotirajućih bačvi s bakterijama koje proizvode Cel6A. Znanstvenici moraju koristiti neku vrstu oblika života - bilo da se radi o bakterijama, biljkama ili životinjama - kako bi proizveli genetski modificirani organizam, a svaka metoda ima svoje nedostatke. Prvi organizam koji su istraživači ikada koristili bile su bakterije koje su proizvele ljudski inzulin koji je prvi put službeno prodan 1982. Ali bakterije zahtijevaju sterilno okruženje, što znači da znanstvenici moraju koristiti skupu opremu za čišćenje i dugotrajne postupke opreza. Životinje su još jedna opcija - ali one imaju živčani sustav, koji uzrokuje čitav niz moralnih i logističkih problema.
Biljke, međutim, imaju mali rizik od prenošenja bolesti na ljude, a ljudi imaju više od deset tisuća godina botaničkog iskustva. Također ima dosta prostora posvećenog proizvodnji duhana u Sjedinjenim Državama. Tim je također postavio mnoge zaštitne mjere kako bi osigurao da se genetski modificirane biljke ne miješaju s ostatkom populacije. Uklonili su biljke prije nego što su se razmnožile. Unatoč tome, većina kloroplasta (gdje se nalaze geni za proizvodnju enzima u genetski modificiranim biljkama) prenosi se po majčinoj liniji, tako da pelud (čitaj sperma biljaka) ne bi trebala prenijeti promjene čak i ako bi reproducirati.
Sada kada istraživači znaju da mogu učinkovito stvoriti Cel6A, njihov je sljedeći cilj, kaže Schmidt, standardizirati ga. Da bi to učinila, ona želi razumjeti proces na molekularnoj razini. Dok su biljke duhana proizvodile više proteina nego što se sveukupno očekivalo, neke su biljke proizvodile više od drugih. "Moj cilj s ovim zadnjim dijelom projekta je [ukloniti] nagađanja", kaže Schmidt. "Možemo li pojednostaviti [ovaj proces] kako bi ovaj projekt bio malo brži u budućnosti?"
Ahner kaže da bi laboratorij mogao raditi i na drugim enzimima, koji bi mogli služiti potpuno drugačijim funkcijama. Ona nagovještava da bi industrija možda radila na ovom procesu iza zatvorenih vrata i želi osigurati da se javna evidencija uhvati u koštac. "Nadamo se da će, ako postoje tvrtke koje ovo razvijaju na terenu, imati koristi od našeg rada."
Većina znanstvenika ima dugačak odgovor na pitanja o izazovima u eksperimentu, ali Schmidt kaže da je gotovo svaki korak prošao prema planu. Ahner se slaže. "Do neke mjere, to su bile prilično slučajne okolnosti."
