V angličtině se mu říká mořská maceška, což je o dost poetičtější než český výraz renila fialová. Jde o žahavce, který se vyskytuje na plážích severovýchodní Floridy. Má ale také vazbu na Česko. Když mořský organismus něco vyruší, tak svítí. Jak přesně to dělá, nyní popsali vědci z brněnské Masarykovy univerzity, o což se po čtyřicet let pokoušel i zbytek světa. Díky tomu by v budoucnu mohlo být možné využívat alternativu k žárovkám.

Vědci nyní zjistili, jakou roli ve svícení sehrávají enzymy, které se jmenují luciferázy. „Podobně jako domácí krb hoří jen ve chvíli, kdy do něj přidáváme polínka dřeva, a žárovky svítí, dokud mají dostatek elektřiny, i luciferázy pracují a produkují světlo, dokud mají dostatek paliva. Pro luciferázovou reakci jsou to malé organické molekuly, kterým se říká luciferiny,“ vysvětluje pro CzechCrunch Martin Marek z ústavu Přírodovědecké fakulty Recetox.

„Některé živé organismy umí luciferiny přímo metabolicky syntetizovat a recyklovat, zatímco jiné bioluminiscenční organismy je přijímají v potravě,“ doplňuje vědec, který celý proces objasnil také s Martinem Toulem a Andreou Schenkmayerovou.

Už samotné luciferiny a luciferázy napovídají, že jde o objev zcela ďábelský. K tomu, aby bylo možné prostudované reakce využívat i v běžném životě, však stále jeden krok chybí. Vědci nyní potřebují přijít na kloub tomu, jak se luciferiny syntetizují v přírodě. „Jakmile bude vědecký problém vyřešen, nebude nic bránit tomu, abychom mohli tyto energeticky efektivní systémy začít uplatňovat i v praktickém životě. Existuje přitom celá řada možností, jak to dělat. Omezeni jsme jen vlastní kreativitou,“ vysvětluje Toul.

Foto: PF MUNI

Martin Marek vede výzkumnou skupinu strukturní biologie

Bioluminiscenční technologie by podle vědců mohly být zajímavou alternativou tam, kde není potřeba intenzivně svítit. Může jít o lampičky v domácnostech nebo osvětlení ve veřejném prostoru. Vědci přitom přibližují, že svítit by lidem pod ruce a pod nohy mohly v konečném důsledku i rostliny nebo stromy.

„Zní to dost futuristicky, ale hlavní potravou rostlin a stromů je v podstatě světlo. Rostliny umí perfektně využívat světelnou energii ze slunce v procesu fotosyntézy. My dnes pomocí metod syntetické biologie a znalostí molekulární podstaty bioluminiscenčních procesů můžeme stromy a rostliny upravovat tak, aby světlo i produkovaly,“ vysvětluje Marek.

V konečném důsledku by tak místo lampiček mohla na nočním stolku svítit pokojová rostlina, na ulici by v noci posvítil strom, rostliny by mohly stejně tak osvětlovat například i velkoplošné reklamní panely. První svítící rostliny a stromy už ostatně existují, vědci je již dříve vytvořili na základě principů bioluminiscence hub. V současnosti se pracuje na tom, aby je bylo možné použít v praxi.

Odborníci již dříve našli způsob, jak luciferiny syntetizovat chemicky v laboratoři. U toho však zůstat nechtějí, protože by šlo o drahý způsob, navíc by vyžadoval do případných lamp neustále doplňovat luciferiny. „Bylo by proto mnohem výhodnější organismy v lampičce naučit, aby si luciferiny syntetizovaly samy. Prozatím se vědcům podařilo objasnit, jak se v živých organismech syntetizují dva typy luciferinů. Implementací genů, které kódují houbový luciferázový systém, se již podařilo vytvořit celoživotně svítící rostliny,“ popisuje Toul.

Pokud by se nyní podařilo přijít na to, jak dochází k produkci speciálního luciferinu přirozeně, svět by získal udržitelný zdroj svícení, který by se nemusel vyrábět v továrnách ani složitě likvidovat. Byl by totiž zcela přírodní. „Živé organismy si osvojily mechanismy, jak generovat viditelné světlo, což jim přináší jisté ekologické výhody. Některé organismy svítí, aby odstrašily predátory, jiné zase proto, aby si posvítily na svou kořist,“ vysvětluje Marek.

A dodává: „U nás známé světlušky svítí za účelem vnitrodruhové komunikace, což jim umožňuje třeba najít správného partnera. Z našeho pohledu je klíčové, že to organismy dokázaly a umí produkovat viditelné světlo chemickou přeměnou malých organických molekul.“

Enzym luciferáza z macešky mořské byl objeven zhruba před čtyřiceti lety. Velmi rychle se s ním začalo pracovat ve vědě a v diagnostických laboratořích. Používá se jako genový reportér nebo biosenzor. Díky nim je možné zobrazovat biologické procesy v buňkách nebo celých organismech. Dá se tak zviditelnit celá řada jinak špatně pozorovatelných procesů. Může jít o sledování šíření viru v infikovaném organismu. Roli sehrály bioluminiscenční technologie také v detekci covidu. Až doteď se však vědcům nepodařilo objasnit, jak enzym pracuje.

„My jsme v našich experimentech použili laboratorně zkonstruovaného předka dnešních luciferáz, který nám umožnil porozumět molekulární podstatě luciferázové reakce,“ uvádí Toul s tím, že českým vědcům pomáhala skupina jejich francouzských kolegů.

Akademici už umí bioluminiscenční systémy vyvinuté v jednom druhu organismu přenést do jiných organismů, které světlo původně neprodukovaly. Může jít právě o zmíněné rostliny nebo stromy. Enzym ostatně už některé firmy využívají. Americká společnost Light Bio zahájila předprodej celoživotně svítících rostlin. Francouzská firma Glowee zase začala nabízet k prodeji svítící nábytkové prvky do interiéru. Podařilo se také pobřeží jednoho francouzského městečka osadit bioluminiscenčními patníky. „Z velké míry jde zatím o dekorační prvky. Intenzitu či další parametry vydávaného světla bude nutné ještě zdokonalit, ale jde o důležité kroky vpřed,“ míní Marek.

Budoucí výzkum se bude ubírat různými směry. Například bude zjišťovat, jak případné svítící rostliny a stromy bude možné zhasnout. „Určitě to jde a existuje několik mechanismů, jak organismy ,zhasnout‘, ale je potřeba vyvinout specifické regulace, aby to bylo možné ovládat podle našich představ. Na papíře to tedy není problém, takže v budoucnu se to určitě vyřeší, v praxi to ale bude vyžadovat ještě další práci,“ říká Toul.