Przekształcenie roślin w platformy technologiczne wyspecjalizowane do pełnienia ściśle określonych funkcji możliwe jest poprzez wprowadzenie do ich organelli odpowiednio zmodyfikowanych nanorurek węglowych. Tego typu eksperymenty prowadzone są przez grupę naukowców z MIT (Massachusetts Institute of Technology), pod przewodnictwem profesora Michaela S. Strano.

Energia z fotosyntezy

Najwydajniejszym naturalnym systemem służącym do wytwarzania energii są chloroplasty. Wykorzystując światło, dwutlenek węgla i wodę produkują niezbędną dla życia glukozę i tlen. Od dawna zastanawiano się zatem nad ich wykorzystaniem jako alternatywne źródło energii. Udało się nawet przeprowadzić fotosyntezę z udziałem chloroplastu poza żywymi komórkami. Problem polega na tym, że chloroplast po wyizolowaniu z rośliny już po kliku godzinach zaczyna tracić swoje właściwościw wyniku degradacji białek pod wpływem wolnych rodników tlenowych. Aby temu zapobiec, naukowcy z grupy profesora Strano wprowadzili do chloroplastów nanocząstki zawierające tlenek ceru, który, jako silny przeciwutleniacz, zapobiegł rozpadowi białek i tym samym przedłużył czas życia chloroplastu. Nanocząstki zwiększyły też trzykrotnie wydajność procesu fotosyntezy.

W warunkach naturalnych, rośliny wykorzystują tylko 10% dostępnego światła słonecznego do produkcji energii, co spowodowane jest m.in. tym, że potrafią absorbować promieniowanie wyłącznie w zakresie światła widzialnego. Badania prowadzone na MIT wykazały, że zakres absorbowanego przez rośliny światła można poszerzyć dzięki wprowadzeniu do ich komórek nanorurek węglowych pokrytych ujemnie naładowanymi cząsteczkami DNA. Cząsteczki te działają wówczas jak sztuczne anteny, które wyłapują promieniowanie ultrafioletowe lub podczerwone.

Sensor zanieczyszczeń

W artykule opublikowanym w Nature Materials naukowcy donoszą również, że wprowadzając do liści roślin nanorurki oznakowane barwnikiem fluorescencyjnym, udało się je przekształcić w czujniki do detekcji tlenku azotu, produkowanego m.in. przez silniki spalinowe. Uprzednio w laboratorium profesora Strano zaprojektowano też nanorurki służące do wykrywania nadtlenku wodoru, trotylu czy bojowego środka trującego, sarinu. Wymienione nanocząstki prawdopodobnie również mogłyby zostać zastosowane w roślinach.

Nie tylko pochwały?

James Collins, profesor inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie w Bostonie, który nie był zaangażowany w przeprowadzone badania, komentuje nowe odkrycia następująco: „To wspaniały przykład na to, jak nanotechnologia w połączeniu z biologią syntetyczną może prowadzić zarówno do usprawnienia jak i modyfikacji funkcji pełnionych przez żywe organizmy – w tym przypadku rośliny. Autorzy badań w interesujący sposób pokazali, że samoorganizujące się nanocząsteczki mogą być wykorzystane w celu zwiększenia wydajności fotosyntezy oraz przekształcenia roślin w sensory.”

Nie wszyscy jednak bezkrytycznie zachwycają się nowym doniesieniem. Profesor James Barber z Imperial College w Londynie podchodzi do badań sceptycznie, sugerując, że część wniosków może być trochę na wyrost. „Aktywność fotosyntetyczna została wyrażona poprzez stopień redukcji jednego z barwników (DCPIP), co nie jest do końca prawidłowe.Zgadza się, że ten barwnik może działać jako akceptor elektronów w łańcuchu transportu elektronów w procesie fotosyntezy, ale jest to również zależne od reakcji rozkładu wody. Nie ma dowodów na to, że nanorurki stymulują rozkład wody prowadząc do usprawnienia procesu fotosyntezy” – wyjaśnia swoje stanowisko profesor Barber.

Natomiast doktor Barry Bruce, biochemik z University of Tennessee (Knoxville), nie poddaje w wątpliwość wyników badań, ale uważa je za mocno alarmujące. „Coraz bardziej powszechne wykorzystywanie nanocząsteczek w różnego rodzaju produktach wywołuje wiele pytań o ich wpływ na środowisko i zdrowie człowieka. Badania przeprowadzone przez prof. Strano pokazują, że niektóre nanomateriały mają możliwość usprawnienia naturalnej fotosyntezy roślin, co oznacza, że stosunkowo łatwo integrują się ze środowiskiem naturalnym zmieniając jego parametry. Ta praca powinnabyć więc dla nas ostrzeżeniem!” – przestrzega dr. Bruce.