14

ÂWIAT NAUKI MAJ 2004

pano

rama

BIOTECHNOL

OGIA

Do zadaƒ specjalnych

MODYFIKACJE GENETYCZNE S¸U˚Ñ NIE TYLKO ZWI¢KSZANIU PLONÓW. RAFA¸ DERLACZ

L

udzie od dawna marzà o precyzyjnie
dzia∏ajàcych robotach, które wyr´cza-
∏yby ich w niebezpiecznych czy wr´cz

niemo˝liwych do wykonania zadaniach. Pa-
radoksalnie najbli˝ej stworzenia ca∏ej armii
takich „pracowników” sà nie in˝ynierowie,
ale biolodzy molekularni. I nie chodzi tu o
opancerzone, niezniszczalne biocybernetycz-
ne mechanizmy, ale o delikatne, zmodyfiko-
wane genetycznie roÊliny, które potrafi∏yby
na przyk∏ad wykrywaç zakopane w ziemi
miny làdowe lub usuwaç z gleby toksyczne
zwiàzki, takie jak sole metali ci´˝kich.

Wszystko zacz´∏o si´ niemal 150 temu,

gdy w roku 1865 stwierdzono, ˝e tobo∏ek al-
pejski (Thlaspi caerulescens)* gromadzi w
swoich tkankach cynk i kadm. Dopiero jed-
nak gdy okaza∏o si´, ˝e liÊcie Alyssum berto-
lonii zawierajà oko∏o 1% niklu, czyli ponad
200 razy wi´cej, ni˝ wynosi dawka zabójcza
dla wi´kszoÊci roÊlin, sta∏o si´ jasne, ˝e wy-
jaÊnienie tego procesu mo˝e przynieÊç nieby-
wa∏e korzyÊci. JeÊli zrozumiemy, jak roÊliny
pobierajà z gleby i akumulujà w swoich tkan-
kach metale ci´˝kie, b´dziemy mogli zwi´k-
szyç t´ ich naturalnà zdolnoÊç i uprawiaç je
na przyk∏ad na ska˝onych terenach wokó∏
starych, nieczynnych kopalni bàdê miejskich
wysypisk Êmieci. Pozwoli to oczyÊciç te ob-
szary i odzyskaç cenne dla przemys∏u zwiàz-
ki, a dodatkowo cz´Êç zebranych „plonów”
mo˝e staç si´ doskona∏ym uzupe∏nieniem
diety osób cierpiàcych na niedobory kon-
kretnych pierwiastków.

Pobieranie metali przez roÊliny jest zwià-

zane z obecnoÊcià w nich specyficznych no-

Êników charakteryzujàcych si´
wysokim powinowactwem do
konkretnego zwiàzku. Zwi´k-
szonà ekspresj´ takiego noÊni-
ka dla cynku, zwanego Zn
transporter 1 (ZNT1), stwier-
dzono w korzeniach i p´dach
tobo∏ka alpejskiego. Pojawia-
jàce si´ w cytoplazmie komó-
rek jony metali, potencjalnie
wysoce toksyczne, sà natych-
miast neutralizowane. Odby-
wa si´ to z jednej strony przez
wiàzanie ich w kompleksy ze
specyficznymi bia∏kami, takimi
jak fitochelatyny i metalotio-
neiny, z drugiej zaÊ przez na-
tychmiastowe odk∏adanie w

wakuolach, które sà Êrodowiskiem zewn´trz-
nym komórek.

W tej chwili znamy ju˝ ponad 400 hiper-

akumulatorów – gromadzàcych ró˝ne me-
tale gatunków roÊlin. Sà wÊród nich rzod-
kiewnik Arabidopsis halleri, akumulujàcy
cynk i kadm), pleszczotka górska (Biscutel-
la laevigata) – o∏ów, kadm i tal, babka lance-
towata (Plantago lanceolata) – tal, Thlaspi
goesingense – nikiel, gorczyca sarepska
(Brassica juncea) – selen, orliczka Pteris vit-
tata – arsen, topola czarna (Populus nigra)
– cynk oraz wiele innych, akumulujàcych
tak˝e miedê, mangan, magnez, a nawet sre-
bro. Zdecydowana wi´kszoÊç zbadanych ga-
tunków gromadzi nikiel, najmniej zaÊ kadm
i o∏ów. Wiele z nich to roÊliny dziko rosnàce,
których wyst´powanie jest ograniczone do
pewnych obszarów globu, stàd próby mo-
dyfikowania niektórych gatunków. Ciekawy-
mi wynikami mo˝e pochwaliç si´ zespó∏ Ri-
charda Meaghera z University of Georgia
w Athens w Stanach Zjednoczonych, który
wstawi∏ do genomów rzodkiewnika po-
spolitego oraz tytoniu (Nicotiana tabacum)
bakteryjny gen arsC kodujàcy reduktaz´ ar-
senianowà. W efekcie uzyskano roÊliny do-
skonale rosnàce na glebie bogatej w zwiàz-
ki kadmu i gromadzàce ten metal w liÊciach.

Zdecydowanie dalej posun´li si´ naukow-

cy z duƒskiej spó∏ki Aresa Biodetection,
którzy og∏osili na poczàtku tego roku, ˝e
dzi´ki wspó∏pracy z Instytutem Biologii Mo-
lekularnej Uniwersytetu w Kopenhadze stwo-
rzyli rzodkiewnik zdolny do wykrywania za-
kopanych w ziemi min przeciwpiechotnych.
RoÊliny zosta∏y zmodyfikowane tak, by na
pojawiajàcy si´ w Êrodowisku a uwalniany
przez miny ditlenek azotu reagowa∏y zmia-
nà koloru z typowej dla nich zieleni na ciem-
nà czerwieƒ. Takie przebarwienie pojawia
si´ wyraênie ju˝ po oko∏o trzech–pi´ciu ty-
godniach od chwili kontaktu z ulatniajàcym
si´ z materia∏ów wybuchowych gazem. Na-
ukowcy z Aresa Biodetection wykorzystali
naturalny mechanizm przebarwiania si´ liÊci
pod koniec lata. Odpowiedzialne za to zjawi-
sko geny, które warunkujà wytwarzanie
charakterystycznego, nale˝àcego do grupy
antocyjanów, czerwonego barwnika, sà w
roÊlinach nieczynne przez wi´kszà cz´Êç ro-
ku, jednak system regulujàcy ich dzia∏anie
uda∏o si´ zmieniç na tyle, by uruchamia∏ je
w odpowiedzi na NO

2

.

ARES

A

Liczb´ min na Êwiecie

rozmieszczonych na obecnych

i dawnych terenach walk szacuje

si´ na 100 mln (dane te dotyczà

45 krajów). Wed∏ug danych

Czerwonego Krzy˝a co roku zabijajà

one lub okaleczajà oko∏o 26 tys.

osób. Wi´kszoÊç ofiar (80%) to

cywile, najcz´Êciej dzieci.

W rzeczywistoÊci liczby te

mogà byç zani˝one, wiele

wypadków zdarza si´ bowiem

na obszarach pozbawionych

zaplecza medycznego, przez co sà

nieudokumentowane. W roku 1980

ONZ przyj´∏a Konwencj´

o Nieludzkiej Broni. W ostatnich

latach ponad 400 organizacji

humanitarnych w niemal

30 krajach prowadzi kampanie

nak∏aniajàce ONZ i rzàdy

poszczególnych paƒstw

do wprowadzenia zakazu

produkcji i stosowania min

w konfliktach zbrojnych.

ZAMINOWANY

ÂWIAT

ZMODYFIKOWANY

RZODKIEWNIK

obecnoÊç trotylu

(TNT) w glebie sygnalizuje

zmianà zabarwienia liÊci.

MAJ 2004 ÂWIAT NAUKI

15

pano

rama

Trudno stwierdziç, jakie korzyÊci,
poza samà zdolnoÊcià do wzrostu,
majà roÊliny z gromadzenia
toksycznych zwiàzków metali.
Jednà z nich jest ochrona
przed roÊlino˝ercami.
Metale mogà odstraszaç
niektóre owady. Okaza∏o si´
jednak, ˝e w ogóle nie
chronià roÊlin przed Êlimakami.
Gorczyc´, której liÊcie zawierajà
oko∏o 0.1% trujàcego selenu,
omijajà gàsienice bielinka
rzepnika (Pieris rapae),
ale doskonale smakuje ona
Êlimakom z gatunku Mesodon
ferrissi. Podobnie ma∏o pod tym
wzgl´dem wybredny jest
ogrodowy Êlimak jadalny (Helix
aspersa), którego nie zra˝a
nawet wysokie st´˝enie cynku
w liÊciach rzodkiewnika.

PO CO ROÂLINOM

METAL?

JeÊli zmieniajàcy kolory rzodkiewnik przej-

dzie pomyÊlnie testy, którym poddaje si´ zwy-
kle organizmy zmodyfikowane genetycznie,
byç mo˝e ju˝ wkrótce ˝mudny i kosztowny
proces wykrywania min b´dzie mo˝na za-
stàpiç wysiewem odpowiednich nasion.
Zw∏aszcza, ˝e w genomie rzodkiewnika do-
konano jeszcze jednej, niezwykle istotnej
zmiany – usuni´to gen odpowiedzialny za
wytwarzanie hormonu wzrostu. Musi byç

on dostarczany razem
ze specjalnie sprepa-
rowanym nawozem,
bez którego roÊlina nie
jest zdolna do rozwo-
ju, niemo˝liwe jest
wi´c tak˝e jej niekon-
trolowane rozprze-
strzenienie si´.

Rzodkiewnik sygna-

lizujàcy obecnoÊç min
piechotnych w ziemi
czy tytoƒ usuwajàcy z
gleby sole kadmu mo-

gà odegraç jeszcze jed-
nà wa˝nà rol´ – zmie-

niç generalnie z∏e nastawienie opinii
publicznej do badaƒ nad GMO, czyli gene-
tycznie zmodyfikowanymi organizmami.

n

* Badacze uznali tobo∏ek alpejski za idealny organizm
modelowy do badania akumulacji metali – doskonale ro-
Ênie w warunkach laboratoryjnych, a oprócz cynku i kad-
mu gromadzi tak˝e du˝e iloÊci niklu. Ponadto oko∏o 88%
jego genomu jest identyczne ze Êwietnie pod tym wzgl´-
dem poznanym rzodkiewnikiem pospolitym (Arabidop-
sis thaliana), który umo˝liwi∏ manipulowanie genami
wielu innych roÊlin.

ARES

A (na gór

ze);

JIM HARRISON

(na dole)

ARMIA

Arabidopsis thaliana gotowa do dzia∏aƒ.

BIOFIZYKA

Rezonans rozwesela

ZASKAKUJÑCE EFEKTY UBOCZNE BADANIA MÓZGU. EMILY HARRISON

S

p´dzenie 20 min w tunelu skanera ma-
gnetycznego to, wydawa∏oby si´, wàt-
pliwa przyjemnoÊç. Kiedy wi´c kilko-

ro cierpiàcych na depresj´ pacjentów szpitala
psychiatrycznego McLean w Belmont w sta-
nie Massachusetts zacz´∏o po badaniu Êmiaç
si´ i ˝artowaç, zespó∏ badaczy pod kierun-
kiem specjalisty od technik obrazowania, fi-
zyka Michaela Rohana i dyrektora szpital-
nego centrum diagnostyki obrazowej
Perry’ego Renshawa zainteresowa∏ si´, co
si´ za tym kryje. Wst´pne wyniki badaƒ su-
gerujà, ˝e pola elektryczne zwiàzane z pew-
nà metodà analizy pracy mózgu mogà po-
prawiaç nastrój pacjentów cierpiàcych na
zaburzenie afektywne dwubiegunowe.

Technikà, która powoduje te nieoczekiwane

efekty uboczne, jest stosunkowo nowa echopla-
narna spektroskopia rezonansu magnetycz-
nego (EP-MRSI), u˝ywana w McLean do ob-
serwacji wp∏ywu pewnych leków na mózg

chorych. Z 30 osób poddanych EP-MRSI 23
odczu∏y natychmiastowà popraw´ nastroju –
donoszà cz∏onkowie zespo∏u w styczniowym
wydaniu American Journal of Psychiatry. Ba-
danie nie mia∏o wp∏ywu na osoby zdrowe, co
rozproszy∏o obawy, ˝e ten rodzaj terapii elek-
tromagnetycznej móg∏by byç nadu˝ywany ja-
ko droga do szcz´Êcia na skróty.

Terapia metodà EP-MRSI, w odró˝nieniu

od chemicznych Êrodków przeciwdepresyj-
nych i elektrowstrzàsów, nie wywo∏uje wi-
docznych dzia∏aƒ niepo˝àdanych. Wydaje
si´ równie˝ lepsza od innej próby wykorzy-
stania pól elektromagnetycznych do leczenia
zaburzenia afektywnego dwubiegunowego

KU POKRZEPIENIU UMYS¸ÓW.

Michael Rohan

demonstruje nowà metod´ obrazowania, zwanà

EP-MRSI, która poprawia nastrój. AktywnoÊç mózgu

pacjenta, który przebywa w tunelu skanera,

wyÊwietlana jest na monitorze i rejestrowana.