Planten waarvan de gevoeligheid voor explosieven groter is dan die van honden, zijn afkomstig van Amerikaanse biologen. Om ongebruikelijke levende sensoren te maken, hebben wetenschappers het natuurlijke verdedigingsmechanisme van planten zo aangepast dat het reageert op de gewenste stimulus door de kleur van het blad te veranderen
Van bijna elke plant kan een sensor worden gemaakt: ze hebben allemaal een of ander beschermingssysteem en bevatten eiwitten die geschikt zijn voor modificatie. Afgebeeld: professor Madford (rechts) en postdoc Peter Bowerman
Het beschermingssysteem, genadeloos uitgebuit door wetenschappers, is lang geleden "uitgevonden" door planten. Het is simpel: als ze niet kunnen ontsnappen uit de plek waar ze opgroeien, dan moeten ze leren zichzelf te beschermen tegen externe bedreigingen. Dus tabaksbladeren, die lijden aan de goede eetlust van een vraatzuchtige rups, beginnen stoffen af te scheiden die roofinsecten aantrekken. Andere planten die de eiwitreceptoren van de aanvaller hebben gedetecteerd, zenden terpenoïden uit in de weefsels, die de cuticula van de bladeren aanspannen.
Onderzoekers hebben ontdekt hoe ze het laatste mechanisme voor hun eigen doeleinden kunnen gebruiken. Als proefkonijn koos een team van genetici onder leiding van professor June Medford voor Arabidopsis, een favoriet van biologen, en tabak.
Onderzoekers hebben ontdekt hoe ze het laatste mechanisme voor hun eigen doeleinden kunnen gebruiken. Als proefkonijn koos een team van genetici onder leiding van professor June Medford voor Arabidopsis, een favoriet van biologen, en tabak.
Zoals bedacht door de wetenschappers, was het nodig om het receptoreiwit in de celwanden te veranderen, zodat het een verdedigingsmechanisme zou activeren dat explosieve chemicaliën of verontreinigende stoffen van water en lucht in de omgeving van de plant zou 'detecteren'.
Biologen hebben met behulp van een speciaal computerprogramma berekend hoe ze de natuurlijke eiwitten van een plant kunnen veranderen, zodat ze de gewenste functies vervullen. Vervolgens werden de juiste wijzigingen aangebracht met behulp van genetische manipulatiemethoden.
Als gevolg hiervan, in de aanwezigheid van een signaalstof (de meest voorkomende component van bommen, trinitrotolueen), begon het hele bed van genetisch gemodificeerde planten (zowel Arabidopsis als tabak) hun groene kleur te verliezen, wat een duidelijk signaal gaf aan onderzoekers.
Promotie video:
De reactie van de gemodificeerde tabak op de aanwezigheid van TNT (23 ppb) in de grond treedt binnen enkele uren op (de tijd wordt horizontaal aangegeven). Links is een verandering in bladkleur te zien, zichtbaar met het blote oog. Rechts: hyperspectrale beeldvorming van veranderingen in de efficiëntie van fotosysteem II.
In de huidige studie was de grond verzadigd met TNT, waardoor de bladeren werden geïsoleerd van TNT-damp en zijn vervalproducten. Een afzonderlijk experiment toonde echter aan dat tabaksspruiten bleek werden in de aanwezigheid van vluchtige vormen. Onder: de beste reactie van een plant (CSU-afbeelding).
Maar, zoals de ontwikkelaars zelf opmerken, wat er gebeurt in een onderzoekslaboratorium, waar de hoeveelheid licht overdag hetzelfde is, "er is geen wind, regen en ongedierte, en mensen spatten koffie uit."
Het is nog niet bekend of de frames van metaaldetectoren en andere scanners worden bedekt met planten. Volgens Madford duurt het zeker 5-7 jaar voordat de traditionele methoden om explosieven op te sporen zijn vervangen (foto door CSU).
Wetenschappers leerden de eerste generatie tabak om binnen een paar uur na de ontdekking van explosieven bleek te verkleuren. Iedereen kan het "antwoord" van een plant herkennen. Er is echter nog geen mechanisme uitgevonden om de bladeren weer hun natuurlijke kleur te geven.
In de toekomst kunnen planten worden afgesteld om milieuverontreinigende stoffen en andere chemische verbindingen op te vangen.
Onderzoekers staan nu echter voor een andere belangrijke taak: het proces van het opsporen van de benodigde stoffen versnellen. Madford gaat al haar medewerkers betrekken bij het oplossen van dit probleem, en ze heeft er veel: zo'n 30 studenten, afgestudeerde studenten en postdocs. Doel: verander de kleur van de bladeren binnen enkele minuten.
Een artikel van de makers van de slangenplanten is gepubliceerd in de open access in het tijdschrift PLoS ONE. Daarin stellen Amerikanen dat de gevoeligheid van planten vergelijkbaar is, en soms zelfs hoger dan die van honden.
Het huidige werk begon in 2003. Meerdere geïnteresseerde organisaties boden tegelijkertijd financiële steun. Ongeveer $ 3 miljoen werd geïnvesteerd in de ontwikkeling van levende explosieve sensoren in subsidies.
Om aan de ontwikkeling te denken, heeft het Amerikaanse Defense Threat Reduction Agency (DTRA), de belangrijkste speler op dit gebied, nog eens $ 8 miljoen toegewezen aan de Madford-groep. Wetenschappers schatten dat het nog eens 3-4 jaar zal duren om het werk te voltooien.
Planten hebben al geprobeerd mijndetectie aan te leren. Het Deense bedrijf Aresa Biodetection heeft Arabidopsis zodanig gemodificeerd dat de bladeren roodbruin worden in plaats van groen in 3-5 weken (op de foto's) wanneer stikstofdioxide uit niet-ontplofte mijnen in de bodem aanwezig is.
In 2008 erkende het bedrijf de ontwikkeling als commercieel onrendabel, stopte het met verdere investeringen in biotechnologie en schakelde over naar een ander type activiteit (foto gizmag, van de sites technoccult.net, storyofcool.com).
June gelooft dat bloedhondenplanten kunnen worden verkocht als genetisch gemodificeerde zaailingen en dat dergelijke greens minder kosten dan conventionele framescanners.
Eerder waren bijen, ratten, motten, biergist en bacteriën betrokken bij het opsporen van explosieven (foto van thehoneybeeconservancy.org).
In de toekomst kunnen planten ook worden geleerd om meerdere verontreinigende stoffen tegelijk te herkennen en kan de kleurverandering van gebladerte
zelfs vanuit de ruimte worden gevolgd, dromen de ontwikkelaars.
The New York Times gaat nog een stap verder en presenteert hoe audioaankondigingen op luchthavens in de toekomst zullen klinken: "Toon alstublieft uw identiteitsbewijs en instapkaart en loop langs de rhododendronmuur."
