Možnosti využití houbové bioluminiscence ve výzkumu rostlin

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá houbovou bioluminiscenční dráhou (FBP) a možnostmi jejího využití ve výzkumu rostlin. Tradiční bioluminiscenční systémy, jako je světlušková luciferáza (FLuc) či NanoLuc (NLuc), narážejí na metodologická omezení, mezi něž patří nutnost dodávání exogenního substrátu, spektrální překryv s fotosyntetickými pigmenty či toxicita některých složek. Objev dráhy FBP z houby Neonothopanus nambi, která je založena na metabolickém cyklu kyseliny kávové přirozeně se vyskytující v rostlinách, umožnil konstrukci plně autonomně svítících rostlin bez nutnosti externího dodávání substrátu. Práce podává přehled o biochemickém mechanismu dráhy zahrnujícím enzymy HispS, H3H, Luz, CPH a NpgA a popisuje postupný vývoj vylepšených generací drah (FBP2, FBP3, eFBP a eFBP2) dosažený pomocí enzymového inženýrství a optimalizace metabolického toku. Dále jsou rozebírány klíčové aplikace FBP v podobě genových reportérů, biosenzorů pro detekci fytohormonů a patogenů či biosenzorů založených na principu BRET. Diskutovány jsou také budoucí možnosti využití autoluminiscenčních rostlin v zemědělství, okrasném zahradnictví a urbanismu. Rozebrány jsou také současné technologické limity a legislativní regulace GMO v Evropské unii.

This bachelor's thesis examines the fungal bioluminescent pathway (FBP) and its potential applications in plant research. Traditional bioluminescent systems, such as firefly luciferase (FLuc) or NanoLuc (NLuc), face methodological limitations, including the need for exogenous substrate supply, spectral overlap with photosynthetic pigments, and the toxicity of certain components. The discovery of the FBP from the fungus Neonothopanus nambi, which is based on the metabolic cycle of caffeic acid naturally occurring in plants, has enabled the generation of fully autoluminescent plants without the need for external substrate addition. This thesis provides an overview of the biochemical mechanism of the pathway involving the enzymes HispS, H3H, Luz, CPH, and NpgA, and describes the gradual development of improved pathway generations (FBP2, FBP3, eFBP, and eFBP2) achieved through enzyme engineering and metabolic flux optimization. Furthermore, key applications of the FBP are discussed, including reporter genes, biosensors for the detection of phytohormones and pathogens, and biosensors based on the BRET principle. Future possibilities for the use of autoluminescent plants in agriculture, ornamental horticulture, and urban design are also discussed, together with an analysis of current technological...