Işıldayan Tütünler

GİRİŞ:

Karanlıkta bir lambayı açmak yerine, masanızdaki parlayan bir bitkinin ışığıyla okuyabileceğinizi hayal edin.

Ya da gece, karanlıkta usulca parlayan bitkilerle dolu bir bahçeye girdiğinizi düşünün.

Gelecekte sokaklarımızı genetiği değiştirilmiş tütün gibi bitkiler aydınlatabilir.

Işık yayan bitki geliştirmenin geçmişi 1980’li yıllara dayanmaktadır. Bilim insanları 1980’li yıllarda ışık yayan bitki geliştirmek için çalışmalar başlatmış ve ilk ışık saçan bitkiyi 1986 yılında geliştirmişlerdir. 1989 yılında ateş böceğinde yer alan lusiferaz- lusiferin gen sistemi keşfedilmiş ve 2010 yılında bir bitkiye gen transferi yapılması sonucu ateş böceğinin parlaması gibi parıldayan bitkilerin üretimi gerçekleştirilmiştir (www.bitkicenter.com).

Bir ateş böceğinin lusiferaz geni tütün hücrelerine aktarılmış, tütün lusiferin üretmediği için, yaprak yüzeyinde, lusiferinin harici tedarikinden sonra sadece geçici bir parıltı mümkün olmuştur. Araştırmacılar tütün bitkisinin genomuna tüm bakteriyel lusiferin / lusiferaz yolunu başarılı bir şekilde aktardıklarında 2010 yılın da ilk biyolüminesans bitki üretilmiştir (www.leyton.com).

Transgenik Nicotiana benthamiana’ ya (yabani tütün) bilim adamları tarafından altın nano parçacıkları aktarılarak ışık vermesi sağlanmıştır. BioLED adı verilen bu teknolojik deney sonrası bitkilere büyürken parlama özelliği kazandırmak istenmiştir. Büyüdükçe daha çok ışık saçar hale gelmelerini sağlamak ve bu esnada parlaklık derecelerini istedikleri seviyede tutmak için gerekli çalışmalara başlanmıştır (www.bitkicenter.com)

Parlayan bir bitki yapmak için, deniz bakterilerinden, Nicotiana alata‘ nın (yabani tütün) kloroplast genomuna oto-ışıldayan yol tanıtılmış. Bitkilerinin ışık emisyonunu artırmak için çalışmalar yapılmıştır (transmaterial.net).  Üretici firmalar ve bilim dünyası üretim tekniklerini geliştirmeyi ve üretim yeteneklerini güçlendirmeyi ve bitkilerin, gece aydınlatması ihtiyacını ortadan kaldırabilecek ve elektrik kullanımından kaynaklanan emisyonları azaltabilecek dekoratif peyzaj olarak kullanıldığı bir zamanı öngörmektedirler. Ayrıca kırmızı veya diğer renkli ışıklar yayan bitkiler oluşturmayı ve hatta bitkileri kirlilik veya stres sensörlerine hizmet etmek için de kullanmayı planlamaktadırlar (www.pennlive.com).  Kimyasal enerjinin ışık enerjisine dönüştürülmesi olayı biyolüminesans olarak isimlendirilir. Genellikle 440-480 nm dalga boylarında görülebilir ışıklar yayarlar (mavi, yeşil ve turuncu gibi),  yayılan ışık canlıdaki lusiferinin türüne bağlı olarak değişebilir. Bunu ilk keşfeden bilim insanı Robert Boyle (17.yy), bu olaya ‘parlayan et’ ismini vermiştir. Daha sonra bu parlama işini yapanın bizzat canlının kendisi olduğu ortaya çıkmıştır. Biyolüminesans olayı yaygın olarak bakteri, mantar, balık ve böcek türlerinde gözlemlenmektedir. Yapılan çalışmalar ile bu olaydan lusiferin maddesinin sorumlu olduğu bulunmuştur. Lusiferin, biyolüminesans olayında genel olarak ışık verici maddelere verilen genel bir addır. Ancak, sadece lusiferin substratının olması yetmez, yanında lusiferaz enzimi, oksijen gibi bileşiklere de ihtiyaç vardır (www.bezelyedergi.net).

Ateş böceklerine parıltı veren enzim olan lusiferaz, lusiferin adı verilen bir moleküle etki ederek ışık yaymasına neden olur. Ko-enzim A adı verilen başka bir molekül, lusiferaz aktivitesini inhibe edebilen bir reaksiyon yan ürününü çıkararak işleme yardımcı olur  (news.mit.edu).

Genel denklem:

ATP + Lusiferin + Ko-faktör (O2) + Lusiferaz + Mg+2 (veya Ca+2 gibi metal iyonları) ➡        AMP + Oxyluciferin + PPi* + CO2 + ışık

* PPi: ATP’den AMP’ye geçerken tek tek kopması gereken 2 fosfatın birlikte kopup P2O74- (Pyrophosphate) oluşturmuş haline verilen addır.
Bu işlemin olabilmesi için oksijene ihtiyaç vardır çünkü lusiferinin oksijen ile tepkimeye girip oksilusiferin oluşturması gerekir ve elbette ATP’ye gerek vardır. Reaksiyon sırasında lusiferin oksijen ile etkileşir ve 2 elektronunu kaybeder. Oksilusiferin tekrar lusiferine döndüğünde ışık fotonları salar (www.bezelyedergi.net). Lusiferin ve koenzim A salgılayan parçacıklar, yaprağın bir iç tabakası olan mezofilin hücre dışı boşluğunda birikmek üzere taşınırken lusiferaz taşıyan daha küçük parçacıklar, mezofili oluşturan hücrelere girer. PLGA parçacıkları (laktik- ko- glikolik asit) yavaş yavaş lusiferin salgılar, bu da bitki hücrelerine girer, burada lusiferaz, lusiferinin parlamasını sağlayan kimyasal reaksiyonu gerçekleştirir (news.mit.edu). Lusiferin, lusiferaz enzimi ile oksidatif reaksiyona girdiğinde, ikincil bir ürün olarak ışık üretilir, çünkü üretilen oksilusiferin molekülü elektronik olarak uyarılmış bir durum sergiler. Bir fotonun (ışığın) salınması, oksilusiferin temel durumuna geri döndüğünde meydana gelir (www.leyton.com). Lusiferaz taşımak için yaklaşık 10 nanometre çapında silika nanoparçacıkları kullanılır ve sırasıyla lusiferin ve koenzim A taşımak için PLGA (laktik- ko- glikolik asit) ve kitosan polimerlerinden biraz daha büyük parçacıklar kullanılır.

Parçacıkların bitki yapraklarına girmesi için önce parçacıklar bir çözelti içinde süspanse edilir. Bitkiler çözeltiye daldırılır ve daha sonra yüksek basınca maruz bırakılarak parçacıkların yapraklara stoma adı verilen küçük gözeneklerden girmesi sağlanır (news.mit.edu).

Bilim adamları yıllardır ışık yayan bitki geliştirmek için genetik mühendisliği, sentetik biyoloji, parlama özelliklerine sahip olan canlıları bir araya getirip yeni sürdürülebilir ışık

kaynağı üretmeyi hedeflemektedir. Yapılan çalışmalar ve deneyler artık gelecekte evimizde

ışık saçan lamba yerine bitki görmemizi sağlayacak durumdadır (www.bitkicenter.com).

Araştırmacılar, bileşenlerin konsantrasyonunu ve salım oranlarını daha da optimize ederek yayılan ışığı ve ışık süresini artırabileceklerine inanmaktadırlar (www.indiatoday.in).

SONUÇ:

 Yakın gelecekte genetik mühendisliği teknikleri kullanılarak düşük yoğunluklu iç mekanları TÜTÜN gibi bitkiler ile aydınlatmak veya ağaçları kendi kendine çalışan sokak lambalarına dönüştürmek mümkün olabilecektir.

KAYNAKÇA:

1. https // www.populertarim.com/nanopartikulleri-kullanarak-parlayan-bitkiler-gelistirildi

2. https/// www.uplifers.com/sokak-lambalarinin-organik-rakibi-kendiliginden-isik-sacan-  agaclar/

3. https ///www.leyton.com/blog/?p=486-the-future-of-street-light

4. https://www.bezelyedergi.net/post/biyol%C3%BCminesans

5. http://news.mit.edu/2017/engineers-create-nanobionic-plants-that-glow-1213

6. https://en.wikipedia.org/wiki/Bioluminescence#/media/File:Firefly_Luciferase_Crystal_Structure.rsh.png

7. https://allyouneedisbiology.wordpress.com/2016/05/23/bioluminescence/

8. https://www.fikir.gen.tr/bitkilerde-su-ve-minerallerin-govde-ve-yapraklara-tasinmasi

9. https://www.indiatoday.in/education-today/gk-current-affairs/story/scientists-at-mit-create-plants-that-can-   glow-in-the-dark-1111118-2017-12-16

10. https://en.m.wikipedia.org/wiki/File:Nicotiana_alata.jpg

11. https://popsci.com.tr/tag/nicotiana-benthamiana/

12. https://turkiyeyabanhayati.org/blog/detail/ates-bocekleri-ve-hakkindaki-gercekler-lampyridae

13.        http://transmaterial.net/starlight-avatar/

14.       http:// www.kurious.ku.edu.tr

15.        https://www.bitkicenter.com/isik-yayan-bitki-gelistirildi/

16.     https://www.pennlive.com/gardening/2015/03/plants_that_glow_fake_bugs_and.html

17.     https://allyouneedisbiology.wordpress.com/2016/05/23/bioluminescence/

18.    https://yetistir.net/tutun-yetistiriciligi-ve-kullanim-alanlari/