Tři vysokoškolští studenti z USA pracují na vytvoření revoluční žárovky, která se obejde bez elektřiny. Bude fungovat na principu malého ekosystému, jehož klíčovou složkou bude modifikovaná bakterie E. coli.
Za svůj život jste se jistě setkali s různými typy svítidel - zářivkami, halogeny, neony či led diodami. Nikdy jste ale určitě neviděli biologickou žárovku (v originále biobulb), fungující na principu bakterie, která emituje světlo. Tu v regálech supermarketů zatím nenajdete.
Světelný zdroj z bakterií
Pro většinu lidí je pojem syntetická biologie velkou neznámou. Studenti z University of Wisconsin kromě toho, že pravděpodobně vytvoří skvělý produkt, věří také v popularizaci tohoto oboru.Biologická žárovka funguje jako malý ekosystém v uzavřeném prostoru. Skládá se z několika druhů mikroorganismů, přičemž každý z nich hraje důležitou roli v produkci a recyklaci živin. Klíčovou složkou tohoto ekosystému jsou geneticky modifikované druhy bakterie E. coli.
Princip biologické žárovky
Na jakém principu by měla biologická žárovka fungovat? E. coli normálně žádné světlo neemituje. Studenti ale dokáží změnou její DNA upravit kód genů pro luminescenci a vytvořit tak něco jako žárovku. Tuto žárovku však nepohání elektřina, ale bakterie, která svítí, stejně jako je tomu u medúz, světlušek nebo chobotnic. Rozsvítí se, když bakterie prodělají teplotní šok z malého palivového článku, který využívá elektrickou energii z působení mikrobů. Studenti plánují experimentovat i s různými proteiny s cílem maximalizovat množství světla emitované bakterií.
Žárovka by měla být schopna zářit a opakovaně se dobíjet díky geneticky modifikované E. coli, růstovému médiu a mikrobům, které využívají okolního světla k produkci živin a recyklaci odpadu. Aby biologická žárovka nezůstala jenom laboratorním experimentem, je potřeba překonat ještě spoustu překážek. "Právě řešíme několik strategií, jak udržet geny kódující bioluminescenci stabilní po dlouhou dobu.“ říká jeden ze studentů.
E. coli jako patogen i model pro studium
Proč se studenti rozhodli pracovat zrovna s touto bakterií? Escherichii coli známe jako běžně se vyskytující bakterii ve střevech lidí a teplokrevných živočichů. Většina kmenů E. coli je neškodná, nicméně některé kmeny, jako je například shiga toxin produkující E. coli (STEC), mohou způsobovat závažná průjmová onemocnění.
E. coli je však nejen patogenem, ale také jedním z nejvyužívanějších organismů jakožto experimentální model pro studium různých aspektů buněčné a molekulární biologie. E. coli je vzhledem ke své komparativní jednoduchosti jedním z nejdůkladněji prozkoumaných druhů bakterií. Většina současných koncepcí molekulární biologie, včetně našeho chápání replikace DNA, genetického kódu, exprese genů a syntézy proteinů, pochází ze studií využívajících tyto bakterie.
E. coli je mezi vědci tolik oblíbená, jelikož se relativně jednoduše dělí a v laboratoři se s ní snadno pracuje. Její genom se skládá z přibližně 4,6 milionu párů bází a kóduje asi čtyři tisíce různých proteinů. Lidský genom je téměř tisíckrát složitější a kóduje asi sto tisíc různých proteinů. Malá velikost genomu E. coli přináší vědcům výhody při genetické analýze a navíc byl celý její genom osekvenován. E. coli dobře roste za definovaných laboratorních podmínek a v závislosti na podmínkách kultivace se dělí každých 20 až 60 minut. Klonální populace E.coli, ve kterých jsou všechny buňky odvozené od dělení jedné původní buňky, je snadné izolovat. E.coli rostou na složitějších i na jednodušších médiích obsahujících pouze sůl, zdroj dusíku, zdroj uhlíku a energie. Je tak hojně využívanou bakterií zejména díky rychlému růstu a nenáročným nutričním požadavkům.
Biožárovka v běžných domácnostech?
Studenti mají velkou podporu na své univerzitě, ale aby se stala biožárovka dostupným zbožím, budou potřebovat nemalé finanční prostředky. Studenti by rádi žárovku použili zatím jako učební pomůcku a prezentovali ji jako umění. „Rozhodně ji nechceme využít jakožto spotřební výrobek, nikdo z nás ji nechce využít na vydělávání peněz,“ shrnuli studenti. Pokud se tedy těšíte na to, že vám biožárovka brzy prosvětlí domov, musíme vás zklamat. Možná ta doba jednou přijde, ale jako dárek k blížícím se Vánocům ji určitě nepořídíte. Ani k těm dalším…a nejspíš ani k těm potom.
Studenti o svém projektu natočili i krátké video: https://vimeo.com/68332096
Foto: Jeff Miller, University of Wisconsin –Madison