De gemodificeerde pothos klimop. (Credit: Mark Stone / U. Washington)

Onderzoekers hebben een gemeenschappelijke kamerplant-pothos klimop genetisch gemodificeerd om chloroform en benzeen uit de lucht eromheen te verwijderen.

We houden ervan de lucht in onze huizen zo schoon mogelijk te houden en soms gebruiken we HEPA-luchtfilters om de allergenen en stofdeeltjes op een afstand te houden. Maar sommige gevaarlijke verbindingen zijn te klein om deze filters te vangen.

Kleine moleculen zoals chloroform, die in kleine hoeveelheden aanwezig is in chloorhoudend water, of benzeen, dat een bestanddeel van benzine is, bouwen zich op in onze huizen wanneer we douchen of water koken, of wanneer we auto's of grasmaaiers opslaan in aangebouwde garages. Blootstelling aan zowel benzeen als chloroform is in verband gebracht met kanker.

De gemodificeerde planten brengen een eiwit tot expressie, genaamd 2E1, dat deze verbindingen omzet in moleculen die de planten vervolgens kunnen gebruiken om hun eigen groei te ondersteunen.

"Mensen hebben niet echt gesproken over deze gevaarlijke organische stoffen in huizen, en ik denk dat dat komt omdat we er niets aan konden doen", zegt senior auteur Stuart Strand, een onderzoekshoogleraar op de civiele en milieutechnische afdeling van de universiteit van Washington. "Nu hebben we kamerplanten ontwikkeld om deze verontreinigende stoffen voor ons te verwijderen."

Een 'groene lever' buiten het lichaam

Het team besloot om een ​​eiwit genaamd cytochroom P450 2E1 of kortweg 2E1 te gebruiken, dat aanwezig is in alle zoogdieren, inclusief de mens. In ons lichaam verandert 2E1 benzeen in een chemische stof die fenol en chloroform wordt genoemd in kooldioxide- en chloride-ionen. Maar 2E1 bevindt zich in onze lever en is ingeschakeld wanneer we alcohol drinken. Het is dus niet beschikbaar om ons te helpen bij het verwerken van verontreinigende stoffen in onze lucht.

"We besloten dat we deze reactie buiten in een plant zouden moeten laten plaatsvinden, een voorbeeld van het concept 'groene lever'," zegt Strand. "En 2E1 kan ook gunstig zijn voor de plant. Planten gebruiken koolstofdioxide en chloride-ionen om hun voedsel te maken, en ze gebruiken fenol om componenten van hun celwanden te maken. "

De onderzoekers maakten een synthetische versie van het gen dat dient als instructies voor het maken van de konijnenvorm van 2E1. Toen introduceerden ze het in pothos klimop, zodat elke cel in de plant het eiwit tot expressie bracht. Pothos klimop bloeit niet in gematigde klimaten, dus de genetisch gemodificeerde planten zullen zich niet kunnen verspreiden via stuifmeel.

"Dit hele proces duurde meer dan twee jaar", zegt hoofdauteur Long Zhang, onderzoekswetenschapper op de civiele en milieutechnische afdeling. "Dat is lang, vergeleken met andere labplanten, die misschien maar een paar maanden in beslag nemen. Maar we wilden dit doen in pothos omdat het een robuuste kamerplant is die onder alle omstandigheden goed groeit. "

Testrun

De onderzoekers testten vervolgens hoe goed hun gemodificeerde planten de verontreinigende stoffen uit de lucht konden verwijderen in vergelijking met normale pothos-klimop. Ze plaatsten beide soorten planten in glazen buizen en voegde vervolgens elk benzeen- of chloroformgas toe aan elke buis. Gedurende 11-dagen traceerde het team hoe de concentratie van elke verontreinigende stof in elke buis veranderde.

Voor de niet-gemodificeerde planten veranderde de concentratie van beide gassen niet in de loop van de tijd. Maar voor de gemodificeerde planten zakte de chloroformconcentratie na drie dagen met 82 procent en het was bijna niet op te merken op dag zes. De benzeenconcentratie nam ook af in de gemodificeerde plantenflesjes, maar langzamer: op dag acht was de benzeenconcentratie met ongeveer 75 procent gedaald.

Om deze veranderingen in vervuilende niveaus te detecteren, gebruikten de onderzoekers veel hogere concentraties verontreinigende stoffen dan ze doorgaans in woningen aantreffen. Maar het team verwacht dat de huisniveaus hetzelfde, zo niet sneller, over hetzelfde tijdsbestek zullen dalen.

Planten thuis zouden ook in een afgesloten ruimte moeten zijn met iets om lucht langs hun bladeren te laten bewegen, zoals een waaier, zegt Strand.

"Als je een plant in een hoek van een kamer zou laten groeien, heeft dat effect in die kamer," zegt hij. "Maar zonder luchtstroom, zal het lang duren voordat een molecuul aan de andere kant van het huis de plant bereikt."

Het team werkt momenteel aan het vergroten van de capaciteiten van de plant door een eiwit toe te voegen dat een ander gevaarlijk molecuul uit de binnenlucht kan afbreken: formaldehyde, dat aanwezig is in sommige houtproducten, zoals laminaatvloeren en kasten, en tabaksrook.

Lange Zhang zet een pothos klimopplant in een glazen buis om zijn vermogen om benzeen of chloroform af te breken te testen. (Credit: Mark Stone / U. Washington)

"Dit zijn allemaal stabiele verbindingen, dus het is echt moeilijk om er vanaf te komen", zegt Strand. "Zonder eiwitten om deze moleculen af ​​te breken, zouden we hoogenergetische processen moeten gebruiken om het te doen. Het is zoveel eenvoudiger en duurzamer om deze eiwitten allemaal samen te brengen in een kamerplant. "

De National Science Foundation, Amazon Catalyst bij UW, en het National Institute of Environmental Health Sciences financierden het onderzoek.

Het onderzoek verschijnt in Milieuwetenschappen en -technologie.

Bron: Universiteit van Washington

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon