Biolumineszierende Pflanzen geschaffen: Leuchtender Tabak

Mit vier Pilzgenen können russische Forscher eine Pflanze erstmals dauerhaft zum Leuchten bringen.

Ganz unterschiedliche Lebensformen haben die Fähigkeit entwickelt, durch chemische Reaktionen Licht zu erzeugen. Diese Biolumineszenz findet sich zum Beispiel bei Leuchtkäfern, Tiefseefischen, Bakterien und Pilzen. Bei höheren Pflanzen kommt sie nicht vor.

Doch jetzt ist es russischen Forschern gelungen, Tabakpflanzen gentechnisch so zu verändern, dass sie dauerhaft und ohne Versorgung mit Zusatzstoffen eine grüne Strahlung produzieren, die mit bloßem Auge sichtbar ist. Dazu genügte es, vier Gene aus einem zur Biolumineszenz befähigten Pilz in das Erbgut der Pflanzen einzubauen. Diese Methode sei prinzipiell geeignet, um jede Pflanze zum Leuchten zu bringen, schreiben die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature Biotechnology“.

Einerseits könnte das Verfahren als Hilfsmittel für Forschungszwecke zum Einsatz kommen. Andererseits wäre auch eine kommerzielle Nutzung denkbar, indem Zimmerpflanzen entsprechend verändert oder sogar biolumineszente Bäume erzeugt werden, die dann zur Straßenbeleuchtung beitragen würden.

Die Pflanzen leuchten, sind aber eher nicht als Leselampe geeignet

„Die erreichte Helligkeit erlaubte mit handelsüblichen Kameras Aufnahmen in hoher Qualität mit handelsüblichen Kameras bei Belichtungszeiten zwischen 0,5 und 30 Sekunden“, schreiben die Forscher um Ilia Yampolsky und Karen Sarkisyan von der Russian Academy of Sciences in Moskau.

Sie übertrugen vier Gene, die für die Biolumineszenz des Pilzes Neonothopanus nambi verantwortlich sind, in das Erbgut von Tabakpflanzen (Nicotiana tabacum und Nicotiana benthamiana). Diese Gene trugen die Information zur Produktion von vier Enzymen. Eines davon ist eine Luciferase, die – wie bei Leuchtkäfern auch – eine Oxidation von Luciferin katalysiert, wobei Energie in Form von Licht freigesetzt wird.

Auch Petunien und Rosen können die Forscher zum Leuchten bringen

Die anderen Enzyme dienen in einem Reaktionskreislauf dazu, Kaffeesäure in Luciferin umzuwandeln und nach der Oxidation wieder zu regenerieren. Kaffeesäure ist ein von allen Pflanzen gebildetes Zwischenprodukt des normalen Stoffwechsels, das für die Bildung von Lignin nötig ist und den Pflanzen daher nicht erst zugeführt werden muss.

Abgesehen von einer Größenzunahme um zwölf Prozent unterschieden sich die genetisch veränderten Pflanzen in Aussehen und Entwicklung nicht von normalen Pflanzen. Alle Pflanzenteile zeigten eine Lumineszenz, die in den Blüten am stärksten und in alten Sprossteilen am schwächsten war.

Schwankungen der Intensität des ausgestrahlten Lichts könnten beim Wachstum und bei der Züchtung von Pflanzen wichtige Informationen über den aktuellen Stoffwechsel, Krankheiten, Umwelteinflüsse und Reaktionen auf chemische Behandlungen liefern.

Auch andere Pflanzenarten, darunter Immergrün, Petunien und Rosen, konnten die Forscher gentechnisch mit den Biolumineszenz-Genen ausstatten. Sie halten es für möglich, die Intensität des erzeugten Lichts noch zu steigern und die Lichtfarbe variieren zu können.