Живой свет: удивительная биотехнология

В апреле 2013 года предприниматель Энтони Эванс выложил на Kickstarter ролик про цветок в горшке, который светится в темноте. Он говорил, что нужно всего $ 65 000, и такие растения заменят уличные фонари.

К июню проект собрал уже $ 484 000 от более чем 8 тысяч человек. Семена должны были уйти спонсорам осенью 2014-го. Но спустя пару месяцев после начала сборов Kickstarter запретил раздавать генетически модифицированные организмы в качестве наград. А к 2016 году компания Эванса переключилась на ароматный мох, и вкладчикам предложили обменять взнос на него.

Эванс изначально хотел вшить в Резуховидку Таля (мелкий родственник горчицы) гены светлячков и морских бактерий. Но в растениях у чужеродных систем слишком слабый свет, поэтому проект не мог быть успешным.

Еще в 1986 году американские генетики создали табак со светлячковым геном. Но он светился слабо и только если его время от времени поливать люциферином. Это вещество, которое как раз отвечает за биолюминесценцию в живых организмах.

Прорыв случился в 2020 году, когда международная команда с ключевым участием исследователей из Института биоорганической химии РАН представила в журнале Nature Biotechnology первый в истории табак, который светится сам по себе: не требовалось химических инъекций, ультрафиолета и прочих «костылей». Мягкое зеленоватое сияние легко различимо невооруженным глазом, но только в темной комнате.

Секрет подсмотрели у несъедобного светящегося гриба Neonothopanus nambi. Оказалось, его внутренний люминесцентный цикл идеально совместим с ботаникой, поскольку работает на кофейной кислоте. Это вещество есть в каждом растении, оно необходимо для строительства клеточных стенок.

Ученые перенесли в табак четыре грибных фермента, которые стали гонять молекулу по кругу: сначала превращают кофейную кислоту в люциферин, затем окисляют, создавая вспышки, и тут же переводят в исходное состояние. Получился замкнутый цикл, где расходный материал сам возвращается в строй, а растение светится за счет собственных метаболических ресурсов.

Позже американский стартап Light Bio, созданный первопроходцем индустрии Китом Вудом совместно с российскими исследователями из ИБХ РАН, перенес гены гриба в обычный садовый цветок. Так появилась знаменитая «светлячковая петуния» (Firefly Petunia). Весной 2024 года первую партию, 50 тысяч штук, распродали по $ 29 за горшок.

Проект произвел такой ажиотаж, что журнал TIME тут же включил петунию в список лучших изобретений года, а ее фото украсило обложку ноябрьского номера. Директор компании признавался, что при виде растения часто вспоминают «Аватар».

Авторы работы видят в таком свечении не только декор. Яркость сияния напрямую связана с внутренним обменом веществ. По интенсивности лучей можно в реальном времени следить за развитием цветка и реакцией на стресс или болезни.Но биолюминесцентные растения — только вершина айсберга. В природе есть около 50 разных систем свечения, из которых изучено не более четверти. И прямо сейчас в лабораториях ИБХ РАН совершаются открытия, способные привести к новым прорывам в биотехнологиях.

В этом году ученые начали описывать биолюминесцентную систему насекомых, открыв люциферазу грибного комара. Это химически уникальный механизм, который эволюция создала независимо от остальных. Исследователи готовят публикацию о светящихся почвенных червях Henlea, в которых нашли новый, не имеющий аналогов в природе люциферин.

Также ученые занимаются расшифровкой биосинтеза люциферина динофлагеллят, из-за них по ночам светится море. Благодаря этому человечество получит вторую генетически кодируемую эукариотическую систему люминесценции.

Сегодня в ИБХ РАН над этими задачами работает большая мультидисциплинарная команда. Около 50 исследователей ведут проекты на стыке ботаники, зоологии, микробиологии, биохимии. Такой подход позволяет развивать несколько независимых направлений, которые даже не связаны со светящимися организмами. Ученые создают разные продукты, от противовирусных препаратов и безопасных РНК-пестицидов до новых сортов сельхозкультур.

Важную роль в процессе играет искусственный интеллект. По словам исследователей, ИИ уже сейчас помогает предсказывать пространственную структуру белков. Еще десять лет назад о подобных технологиях можно было только мечтать.

О феномене биолюминесценции ЧТИВУ рассказал Илья Ямпольский — главный научный сотрудник Лаборатории химии метаболических путей Института биоорганической химии РАН, доктор наук. Он участвовал в ключевых разработках, упомянутых в этой статье, а в 2025 году стал лауреатом Национальной премии в области будущих технологий «Вызов» в номинации «Прорыв»:

«Биолюминесценция очень широко используется, но не на потребительском рынке, а „за кадром“ — в основном как часть технологической базы при создании новых препаратов. Наверное, не будет преувеличением сказать, что при создании большей части современных лекарств на том или ином этапе были использованы технологии на основе биолюминесценции.

Созданные нами светящиеся растения изменили этот тренд и привнесли биолюминесценцию в повседневную жизнь. Более того, пожалуй, это первый биотехнологический продукт на потребительском рынке, что важно для восприятия биотехнологий в обществе.

Мы продолжаем изучать новые природные биолюминесцентные системы, а это непаханое поле. Из примерно 50 таких систем на сегодня в разной степени изучено не более четверти. В этом году мы открыли люциферазу грибного комара. Это новая и химически уникальная система, возникшая независимо.