Bioinženýrsky upravený rostlinný systém čistí vzduch v místnosti až 30x účinněji
8.7.2024 | Petr Žák
Možná si někdo řekne po přečtení titulku - wow, že by se už dostaly geneticky modifikované organismy i do našich obýváků? No, zatím ne... O co se tedy jedná?
Kvalita ovzduší uvnitř uzavřených prostor je často přehlíženým, ale kritickým faktorem našeho zdraví a pohody. Věděli jste, že vzduch uvnitř našich domovů a kanceláří je často více znečištěný než vzduch venku? Hlavními viníky jsou těkavé organické sloučeniny (VOC, volatile organic compounds), které se uvolňují z nábytku, textilií, čisticích prostředků a mnoha dalších běžných předmětů. Dlouhodobé vystavení těmto látkám může vést k široké škále zdravotních problémů.
Tradičně se vzduch čistí mechanickými čističkami vzduchu s HEPA filtry. Ty jsou účinné proti částicovému znečištění, ale nedokáží efektivně odstraňovat VOC - molekuly jsou totiž příliš malé, aby je běžné filtry zachytily.
Výzkum NASA prováděný v roce 1989 naznačil, že odstraňovat škodlivé látky ze vzduchu mohou také některé rostliny. Tento objev vedl k rozpracování myšlenky, že běžné pokojové rostliny mohou výrazně zlepšit kvalitu vnitřního ovzduší. Bohužel, pozdější studie ukázaly, že účinnost běžných rostlin v reálných podmínkách je omezená a pro zřejmý efekt by bylo potřeba desítek rostlin v jedné místnosti.
Tady vstupuje na scénu zajímavá inovace od francouzské biotechnologické společnosti Neoplants. Ta s využitím syntetické biologie vyvinula systém nazvaný Neo Px, který je až 30krát účinnější než běžné pokojové rostliny při čištění vzduchu od nejrozšířenějších a nejškodlivějších VOC v ovzduší vnitřních prostor, které je obtížné zachytit: benzenu, toluenu, etylbenzenu a xylenu (BTEX). Tyto sloučeniny jsou běžně přítomné ve vnitřním ovzduší a dlouhodobé vystavení jim může způsobit únavu, bolesti hlavy, nevolnosti a podráždění kůže až po vážnější problémy s krví, centrálním nervovým systémem a horními dýchacími cestami.
Rostliny žijí v bohatých společenstvích zahrnujících miliardy prospěšných hub a bakterií, tvořících tzv. mikrobiom. Ten ovlivňuje jejich vlastnosti, jako je absorpce živin, odolnost vůči patogenům a stresu a řadu dalších. Tyto mikroorganismy také zvyšují schopnost rostlin odstraňovat těkavé organické sloučeniny (VOC) z prostředí.
Společnost se zaměřila právě na úpravy mikrobiomu rostlin pomocí řízené evoluce, s cílem zlepšit jejich schopnost odstraňovat VOC. Byly testovány různé kmeny bakterií a hub, z nichž jeden, schopný využívat BTX (benzen, toluen, xylen) jako zdroj uhlíku, se ukázal jako nejúčinnější. K řešení BTX znečištění byl vybrán kmen bakterie Pseudomonas putida, který při aplikaci na rostlinu Šplhavnice zlatá (Epipremnum aureum) vykázal vysokou účinnost degradace těchto znečišťujících látek. Tento kmen, neškodný pro lidi i zvířata, byl dále zdokonalen pomocí laboratorně asistované řízené evoluce - kmen byl vystaven v opakovaných cyklech postupně rostoucím koncentracím toluenu a benzenu s výběrem bakterií se zvýšenou účinností metabolismu VOC. To zlepšilo jeho schopnosti efektivně degradovat sledované znečišťující látky. Byly také optimalizovány jeho schopnosti vytvářet stabilní asociace s rostlinami, což zajistilo dlouhodobou účinnost v degradaci VOC.
Jak tedy tento systém funguje? Neo Px je komplexní biotechnologický systém složený ze tří klíčových komponent. První je rostlina, v tomto případě Šplhavnice zlatá (Epipremnum aureum). Tato rostlina byla vybrána pro své přirozené fytoremediační schopnosti. Má velké voskové listy a rychlý růst, což jí umožňuje absorbovat významné množství VOC na jednotku hmotnosti. Je také známá svou odolností a snadnou péčí, což z ní dělá ideální základ pro tento systém. Druhou je geneticky upravený mikrobiom; vědci z Neoplants použili metodu řízeného vývoje (directed evolution) k vyšlechtění speciálního kmene bakterie Pseudomonas putida. Jak je uvedeno výše, kmen byl optimalizován pro
efektivní rozklad specifických VOC, souhrnně označovaných jako BTEX. Tyto bakterie žijí v symbióze s rostlinou, především v její rhizosféře, kde dochází k výměně chemických sloučenin včetně cukrů, minerálů, dusíku a některých polutantů. Poslední komponentou je speciální květináč "Shell". Tento inovativní květináč byl navržen tak, aby optimalizoval proudění vzduchu kolem rostliny a usnadnil péči o ni. Obsahuje integrovanou nádrž na vodu a indikátor hladiny vody, což umožňuje až měsíční autonomii systému (Obr. 1). Je vyroben z bio-kompozitu PLA-Flax, který je odvozen z udržitelných plodin jako je cukrová řepa a cukrová třtina.
Obr. 1: Čelní a průřezový pohled na „Shell“
Klíčovou součástí systému Neo Px jsou i tzv. "Power Drops". Jedná se o lyofilizované buňky geneticky upravených bakterií Pseudomonas putida, které jsou dodávány spolu s živinami potřebnými pro jejich růst a aktivitu v půdě. Power Drops podporují růst bakterií, zlepšují metabolismus BTX a prodlužují jejich trvanlivost. Pro udržení optimální účinnosti systému je doporučeno přidávat Power Drops každý měsíc.
Efektivita systému Neo Px byla testována v kontrolovaných laboratorních podmínkách. Rostliny byly umístěny do 35litrové skleněné komory s nepřetržitým přívodem toluenu o koncentraci přibližně 750 ppb (částic na miliardu). Měření ukázala, že ve srovnání s jinými běžnými pokojovými rostlinami (lopatkovec, zelenec, dračinec…), vykazuje Neo Px až třicetkrát vyšší účinnost při odstraňování toluenu ze vzduchu.
Neo Px je bioinženýrský produkt, avšak samotná rostlina není geneticky modifikovaná. Firma ale pracuje na zlepšení celého systému. Vyvíjený Neo P1 systém bude plně bioinženýrský produkt, který se skládá z jak z bioinženýrského mikrobiomu, tak z bioinženýrské rostliny a opět speciálního obalu. Aktuálně na něm firma stále pracuje, aby se zlepšil jeho výkon a připravil se na prodej. Navzdory velkému pokroku a úsilí ve vývoji Neo P1 se stále musí pokračovat v iteracích a opravě některých problémů. Současně stále probíhá schvalovací proces u USDA pro geneticky modifikovanou rostlinu. Neo P1 bude první svého druhu a bude představovat průkopnický krok v této oblasti. Firma ale neočekává, že bude uveden na trh letos. Firma také chystá projekt Neo P+, který bude vylepšenou verzí současného systému Neo Px.
Tento biotechnologický systém představuje významný pokrok v oblasti syntetické biologie a environmentálního inženýrství. Nabízí udržitelné řešení pro zlepšení kvality vnitřního ovzduší, které má potenciál pozitivně ovlivnit zdraví a pohodu milionů lidí po celém světě. Na rozdíl od tradičních mechanických čističek vzduchu, Neo Px nepotřebuje elektrickou energii a nevytváří škodlivé vedlejší produkty. Je ale důležité uvědomit si, že i když je Neo Px slibným řešením, nemůže plně nahradit dobré větrání a snahu o omezení používání výrobků uvolňujících VOC.
Vývoj systému Neo Px ukazuje, jak lze kombinovat poznatky z různých vědních oborů - od molekulární biologie přes rostlinnou fyziologii až po inženýrství - k vytvoření inovativních řešení environmentálních problémů. Zároveň otevírá dveře dalšímu výzkumu a vývoji v oblasti bioremediace a syntetické biologie. Kdo ví, jaké další převratné objevy nás v této oblasti v budoucnu čekají?
Zaujal vás systém Neo Px a uvažujete o tom, že ho vyzkoušíte či použijete? Hm, tak to nebude nic jednoduchého – systém je zatím v prodeji pouze v USA… Cena je cca $120 .
Zdroje: