Inspiracją do podjęcia badań była obserwacja, że żywe organizmy, mimo braku wyspecjalizowanych urządzeń laboratoryjnych, potrafią w sposób wysoce selektywny modyfikować struktury chemiczne. Dotychczasowe próby chemicznej funkcjonalizacji nanokarbonów, takich jak [6]MCPP (z ang. methylene-bridged cycloparaphenylene), były ograniczone ze względu na trudności w selektywnym utlenianiu węglowego pierścienia aromatycznego bez rozbijania jego stabilnej struktury. Zespół pod kierownictwem prof. Kenichiro Itamiego wyszedł z odważnego założenia – skoro wiele reakcji trudnych do przeprowadzenia w laboratorium zachodzi z łatwością w układach biologicznych, to być może warto potraktować organizm owada jako środowisko reakcyjne, stąd koncepcja „in-insect synthesis”.

W badaniu gąsienice karmiono syntetyczną cząsteczką nanokarbonową [6]MCPP. Po dwóch dniach w odchodach zwierząt wykryto produkt nowej reakcji – [6]MCPP-oxylene zawierający dodatkowy atom tlenu. Modyfikacja ta skutkowała znaczącą zmianą właściwości fizykochemicznych cząsteczki, w tym emisją fluorescencji. Struktura została potwierdzona za pomocą spektroskopii NMR, spektrometrii mas oraz krystalografii rentgenowskiej. Kluczową rolę w reakcji odegrały dwa enzymy z rodziny cytochromów P450 – CYP X2 i CYP X3 wykryte w układzie pokarmowym gąsienic. Enzymy te, jak wykazały dalsze badania genetyczne i bioinformatyczne, katalizowały wprowadzenie atomu tlenu do konkretnego wiązania węgiel-węgiel w strukturze nanokarbonu. Co istotne, uzyskana selektywność reakcji jest nieosiągalna za pomocą obecnie znanych metod chemicznych – utlenianie aromatycznych nanokarbonów w sposób kontrolowany pozostaje poważnym wyzwaniem w chemii syntetycznej. Modelowanie molekularne oraz dalsze analizy spektroskopowe wykazały, że utworzony produkt może być również substratem do kolejnych reakcji – enzymy CYP X2/X3 katalizowały dimerację [6]MCPP-oxylene z kolejną cząsteczką, tworząc nowy typ dimeru nanowęglowego. To zjawisko wskazuje, że układ enzymatyczny gąsienicy jest nie tylko zdolny do jednorazowej modyfikacji, ale może też wspierać tworzenie złożonych struktur hybrydowych.

Zastosowanie „żywego bioreaktora” pozwala zrezygnować z wysokotemperaturowych i energochłonnych warunków reakcji, a jednocześnie otwiera drogę do ekologicznej i niskokosztowej produkcji wyspecjalizowanych materiałów optoelektronicznych. Nowo powstałe fluorescencyjne nanokarbony mają potencjalne zastosowanie w bioobrazowaniu, diagnostyce medycznej, projektowaniu czujników chemicznych i technologii fotoniki molekularnej. Naukowcy sugerują, że wydajność i specyficzność tego procesu można jeszcze zwiększyć za pomocą narzędzi inżynierii genetycznej. Techniki, takie jak ewolucja ukierunkowana (z ang. directed evolution) lub CRISPR-Cas, pozwalają modyfikować aktywność enzymów, dostosowując je do konkretnych substratów lub reakcji. Możliwość przeniesienia genów kodujących enzymy CYP X2 i X3 do organizmów modelowych (np. E. coli, drożdży czy hodowli komórkowych) oznacza, że produkcja modyfikowanych nanokarbonów mogłaby być skalowalna i powtarzalna w warunkach przemysłowych. Zastosowanie enzymów pochodzących z gąsienic ćmy tytoniowej nie tylko uzupełnia wachlarz narzędzi chemii zielonej, ale wskazuje też na nieoczekiwane źródła innowacji w dziedzinie nanomateriałów – ukryte w metabolizmie organizmów postrzeganych dotąd wyłącznie jako szkodniki.