Planten die waarschuwen voor gevaarlijke stoffen
Stel je eens voor hoe het zou zijn als planten je konden waarschuwen voor gevaarlijke stoffen. Niet door dood te gaan maar door simpel te veranderen hoe ze eruit zien. Nu vertellen onderzoekers van University of California in Nature Chemical Biology dat ze precies dat voor elkaar hebben gekregen.
Organismen zitten vol biosensoren, ze gebruiken ze om te reageren op de alsmaar veranderende omgeving, ongeacht of dit nu buurcellen zijn of de grote buitenwereld. Een van de biosensoren die planten gebruiken is de sensor die reageert op de aanwezigheid van abscisinezuur, of wel ABA. Dit planten hormoon is betrokken bij een groot aantal biologische processen, zoals ontkieming en de regulatie van de opening van huidmondjes.
Het fijne aan de ABA-biosensor en biosensoren die hierop lijken, is dat deze bestaan uit meerdere onderdelen. Een onderdeel voor het waarnemen van een ligand (zoals ABA). En een onderdeel dat doelen activeert, maar alleen wanneer gebonden aan het ligand bindende onderdeel, die op zijn beurt alleen aan het doelen activerende onderdeel bind wanneer er een ligand gebonden is.
Eerder hadden de onderzoekers al gemeld dat ze het ligand bindende onderdeel van de ABA biosensor konden aanpassen zodat het andere stoffen dan ABA kon binden. In planten had dit alleen een nadeel: het gooide de reactie op ABA in de war.
Bij waarneming van verboden pesticiden kleurt de plant bordeauxrood
Om hier wat aan te doen ging de biosensor door een aantal rondes of engineering. De onderzoekers begonnen met het ontwikkelen van ligand bindende en doel activerende onderdelen die niet meer bonden aan de originele biosensor. Hier op volgde een ronde van engineering zodat de aangepaste onderdelen van de biosensor wel aan elkaar binden. Het resultaat een tweede ABA biosensor die onafhankelijk van de originele biosensor kan functioneren.
Vervolgens paste de onderzoekers de nieuwe biosensor zo aan dat het ligand bindende deel de verboden pesticiden azinphos-ethyl of diazinon in plaats van ABA bindt. Dit resulteerde in twee biosensoren die nano-molaire hoeveelheden van de verboden pesticiden kunnen binden. Na het in planten plaatsen zagen de onderzoekers geen nadelige effecten. Het geen nogmaals laat zien dat ze inderdaad als onafhankelijke biosensoren functioneren.
De laatste stap in de ontwikkeling van planden die ons kunnen vertellen of ze een van de verboden pesticiden waarnemen was het toevoegen van een doel voor het doel activerende onderdeel. Hiervoor kozen ze de synthetische betalain pigment gen: RUBY. Dit gen, produceert bij activatie een pigment dat de plant bordeauxrood kleurt.
Het resultaat: een plant die bordeauxrood kleurt wanneer het een van de verboden pesticiden waarneemt. Dit alles zonder de normale hormoonhuishouding van de plant in de war te sturen. Ook niet onbelangrijk aangezien veel biosensoren gebaseerd op planten receptoren de ontwikkeling van de plant ontregelen.
Literatuur
Park, SY., Qiu, J., Wei, S. et al. An orthogonalized PYR1-based CID module with reprogrammable ligand-binding specificity. Nat Chem Biol (2023). https://doi.org/10.1038/s41589-023-01447-7
Plant en Zo 