Проверка различных сред на предмет наличия загрязнителей при помощи традиционных методик вроде отбора образцов почвы может быть достаточно трудоёмким процессом. Чтобы упростить себе жизнь, учёные из Калифорнийского университета в Риверсайде разработали способ генетической модификации растительности, который превращает растения в живые датчики, отслеживающие наличие ряда токсичных веществ в окружающей среде.

По задумке исследователей, модифицированные растения можно высаживать в городах либо в зонах, требующих регулярного мониторинга загрязнителей. Вместо того чтобы каждый раз возвращаться в такую зону для отбора новой порции образцов почвы, в некоторых случаях подвергая специалистов риску взаимодействия с потенциально опасными веществами, эксперты могут контролировать состояние растений «датчиков» визуально и дистанционно, например, посредством камер наблюдения или с при помощи дронов. Так, смена цвета растения может свидетельствовать о том, что в его среде присутствует отслеживаемый загрязнитель.

В рамках эксперимента исследователи использовали известное модельное растение – резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana). Учёные модифицировали ген, отвечающий за кодирование одного из рецепторных белков. Обычно этот белок реагирует на другой белок, известный как абсцизовая кислота. Это гормон, производимый растением в ответ на засуху. Когда рецепторный белок связывается с ним, это служит сигналом, чтобы растение закрыло устьица на стебле и листве, тем самым предотвращая испарение влаги. Биологи из Калифорнийского университета в Риверсайде обнаружили, что инструменты генетической модификации позволяют вносить изменения в работу рецепторных белков растений, обучая их реагировать на другие сигналы и стимулы, производя различные реакции.

На примере резуховидок Таля им удалось познакомить рецепторы растений с чрезвычайно токсичным веществом азинфос-этилом – запрещённым пестицидом. Когда растение взаимодействует с ним, его зелёная листва и стебель приобретают красный цвет. Самое главное – такая генетическая модификация не привносит критических изменений в метаболизм растения: оно сохраняет способность реагировать на абсцизовую кислоту и переходить в режим сохранения влаги во время засухи. Исследователи рассматривают способы дальнейшей адаптации технологии, чтобы сделать растения универсальными сенсорами, способными идентифицировать и демонстрировать реакцию на разные загрязнители и прочие вещества, которым не место в их среде. По словам профессора Шона Катлера, прежде всего их усилия направлены на «обучение» растений обнаружению других пестицидов – как разрешённых, так и запрещённых. Кроме того, учёные заинтересованы в отслеживании разнообразных медикаментов, включая гормональные контрацептивы, антидепрессанты, различные психоактивные вещества и т. д., которые иногда попадают в водоёмы и питьевую воду, подвергая опасности животных и людей.