Brněnští vědci mají na dosah revoluční objev. Pomocí mořského žahavce chtějí udržitelně svítit

Loschmidtovy laboratoře brněnské Masarykovy univerzity se již několik let zabývají proteinovým inženýrstvím a studiem enzymů. Enzymy jsou biologické makromolekuly, které provádějí různé chemické reakce v našich tělech.

Jejich hlavním předmětem bádání je objasnění, jakým způsobem dokážou některé organismy generovat a imitovat viditelné světlo.

Právě u živočichů se schopností bioluminiscence, tedy produkce „studeného“ světla, se brněnští vědci inspirují při hledání cest k udržitelnějšímu a efektivnějšímu svícení.

„Je to vysoce efektivní proces. Nedochází při něm k žádnému vedlejšímu uvolňování tepla tak, jako je tomu třeba u žárovek,“ upřesnil vedoucí pracovní skupiny z Loschmidtových laboratoří brněnské Masarykovy univerzity Martin Marek.

Luciferázy jsou právě enzymy umožňující bioluminiscenci živočichů, například světlušek. Studené světlo ale produkují i další organismy, které žijí na dně moří, kde je dlouhodobý nedostatek světla, včetně renily fialové. U té se vědci inspirovali.

Jak vypadá výzkum, na jehož konci uvidíte vznik studeného světla, nám v reportáži ukázal student biochemie Masarykovy univerzity Daniel Pluskal.

Vědcům se podařilo objasnit molekulární podstatu toho, jak živé organismy generují světlo.

„Konkrétně se nám podařilo pomocí strukturní analýzy ukázat, kam a jak se v molekulách enzymů, tzv. luciferáz, vážou energeticky bohaté organické molekuly, kterým říkáme luciferiny,“ doplnil biolog z Loschmidtových laboratoří Martin Marek.

„Pomocí spektroskopických měření jsme ukázali celou oxidativní dráhu, která vede k tomu, že ten enzym vyzáří viditelný foton světla,“ sdělil Novinkám biolog.

Přirozeným produktem luciferázové reakce jsou podle něj malé, organické molekuly. „Nejsou to žádné škodlivé látky, lze je jednoduše zpátky recyklovat na původní luciferin nebo velice jednoduše zmetabolizovat anebo přeměnit na jiné molekuly,“ upřesnil.

Podle něj to je velmi výhodné oproti jiným energetickým systémům. „Mohu to přirovnat k jaderné reakci, jejímž produktem je ale radioaktivní odpad a ten je potřeba někde skladovat,“ dodal.

Bioluminiscenční systémy, konkrétně luciferázy, se v laboratořích používají již desítky let. Brněnští vědci je používají, aby si posvítili na různé struktury uvnitř buněk, případně i v rámci celých organismů.

„V myši můžeme třeba studovat, jak se šíří virová infekce,“ upřesnil Marek. „My si ten virus označíme pomocí luminiscenční molekuly a dokážeme poté stopovat a monitorovat, jak se virus šíří v organismu,“ pokračoval.

„Díky našemu objevu začínáme plně rozumět, jak se to světlo generuje v bioluminiscenčních systémech,“ vysvětlil Martin Marek. „Díky tomu pochopení můžeme dnes tyto systémy začít implementovat i v nelaboratorních aplikacích,“ upřesnil.

Podle Marka existují vize, že bioluminiscenční systémy by se daly využít třeba na osvětlení v našich domácnostech či také ve městech.

„Představte si celoživotně svítící rostlinu, která bude stát na nočním stolku vedle postele a poslouží jako lampička, nebo celoživotně svítící stromy, které budou lemovat ulice a nahradí pouliční lampy,“ řekl.

„Dokázali jsme pochopit, jak ten enzym světlo generuje, jak přeměňuje energeticky bohatou molekulu na světlo,“ zmínil Marek.

„To, co my neznáme, je, jak ty organizmy dokážou syntetizovat tyto malé organické molekuly, ty slouží jako ‚palivo‘ pro luciferázovou reakci,“ dodal.

„Nyní žijeme v revolučním období. Umíme to, máme technologie, máme i to know-how, jak to udělat, teď je jen otázka času, jak se to překlopí do praxe. Může to být v řádech několika málo let,“ řekl biolog.

Před vědci teď stojí jeden velký úkol: prozkoumat a objevit, jak organismy syntetizují ty luciferiny, tak aby dokázali celý systém implementovat do nějakého hostitelského organismu se vším všudy.

„Aby tam byl jednak ten enzym, luciferáza, ale aby si organismus dokázal kontinuálně to palivo vyrábět,“ uzavřel povídání Marek.

To se podařilo zatím u dvou druhů. Jednak u hub, a také u bakterií.

První celoživotně svítící rostliny a stromy již zkonstruovala jedna z amerických firem. Povedlo se jí to díky pochopené bioluminiscence u hub.

Může se vám hodit na Firmy.cz: Masarykova univerzita