Ist doch ein alter Hut, könnte man meinen: Gentechnisch veränderte Pflanzen oder Gewebe mit speziellen Lichteffekten gibt es schon lange. Doch in vielen Fällen basiert das Schimmern nicht auf einer eigenständigen Leuchtkraft (Lumineszenz), sondern auf der sogenannten Biofluoreszenz. Dabei werden Substanzen durch die Bestrahlung mit speziellen Lichtfrequenzen zum Leuchten angeregt. Echte Lumineszenz in Pflanzen gab es allerdings auch schon: Dabei wurden Gene des Glühwürmchens übertragen oder Leuchtprogramme von bestimmten Bakterienarten in Pflanzenzellen aktiviert. Doch die Effekte blieben schwach oder es waren zusätzliche Behandlungen nötig, um das Licht zu erzeugen. Leuchtende Gewächse, wie sie etwa den Wald in dem Sciencefiction-Film „Avatar“ erhellen, waren bisher nicht möglich.
Pilzliche Leuchtkraft übertragen
Doch das internationale Forscherteam um Karen Sarkisyan vom London Institute of Medical Sciences lässt nun die Fantasie zur Wirklichkeit werden. Wie sie berichten, sind ihre Pflanzen deutlich heller als alle bisherigen Gentech-Gewächse mit Lumineszenz-Effekten. Möglich wird dies durch die Übertragung der genetischen Grundlagen eines Leuchtsystems, das aus lumineszenten Pilzen stammt. Erst in den letzten Jahren ist es gelungen, das genetische Konzept dieser Lichterzeugung aufzudecken. Es eignet sich für den Einsatz in Pflanzen deutlich besser als das System der Glühwürmchen oder leuchtender Bakterien, sagen die Wissenschaftler.
Wie sie erklären, basiert die Lichtemission bei dem neuen Konzept auf einem organischen Molekül, das auch bei allen Pflanzen natürlicherweise häufig vorkommt: Die sogenannte Kaffeesäure spielt eine wichtige Rolle beim Aufbau von Zellwänden. Bei dem Lumineszenz-Verfahren der Pilze produziert diese Substanz Licht durch einen Stoffwechselzyklus, an dem vier weitere Substanzen beteiligt sind, berichten die Forscher: Zwei Enzyme wandeln die Kaffeesäure in eine lumineszierende Vorstufe um, die dann durch ein drittes Enzym unter Erzeugung eines Photons oxidiert wird. Das letzte Enzym wandelt das oxidierte Molekül dann wieder in Kaffeesäure um, damit der Zyklus fortlaufend aktiv bleiben kann.
Im Rahmen ihrer Studie haben die Wissenschaftler nun Tabakpflanzen mit den nötigen genetischen Komponenten für das pilzliche Biolumineszenz-System ausgestattet. Sie werden wegen ihrer leichten Handhabbarkeit oft als Modellpflanzen in der Genetik verwendet. Prinzipiell lässt sich das genetische Programm aber ins Genom vieler Pflanzenarten einschleusen, sagen die Wissenschaftler. Beim Tabak konnten sie mit dem Konzept für ein deutlich sichtbares Leuchten im Dunkeln sorgen: Das grünliche Licht von Blättern, Stängeln, Wurzeln und Blüten, das sie im Rahmen ihrer Studie präsentieren, wurde mit gewöhnlichen Kameras und Smartphones aufgenommen. Diese Gewebe erzeugen von der Keimung an kontinuierlich Licht, ohne die Vitalität der Pflanzen zu beeinträchtigen, berichten die Wissenschaftler.
