• 0

Система точного впрыска для растений доставляет питательные микроэлементы, гормоны или гены

В то время как человеческий мир переживает одну пандемию, существует несколько постоянных эпидемий, которые затрагивают сельскохозяйственные культуры и ставят под угрозу глобальное производство продуктов питания. Апельсины, оливки и бананы уже находятся под угрозой во многих областях из-за болезней, которые влияют на системы кровообращения растений, и которые не поддаются лечению с помощью пестицидов.

Новый метод, разработанный инженерами в Массачусетском технологическом институте, может стать отправной точкой для предоставления жизненно важных методов лечения растениям, пострадавшим от таких болезней.

Эти заболевания трудно обнаружить на ранних стадиях и лечить из-за отсутствия точных инструментов для доступа к сосудистой сети растений для лечения патогенных микроорганизмов и для отбора проб биомаркеров. Команда Массачусетского технологического института решила взять некоторые из принципов, связанных с точной медициной для людей, и адаптировать их для разработки растительных биоматериалов и устройств для доставки лекарств.

В этом методе используется множество микроигл, изготовленных из биоматериала на основе шелка, для доставки питательных веществ, лекарств или других молекул в определенные части растения. Полученные результаты описаны в журнале Advanced Science.

Микроиглы, которые исследователи называют фитоинъекторами, могут быть разных размеров и форм и могут доставлять материал конкретно к корням, стеблям или листьям растения или в его ксилему (сосудистую ткань, участвующую в транспортировке воды от корней к верхушке) или флоэма (сосудистая ткань, которая циркулирует метаболиты по всему растению). В лабораторных тестах команда использовала растения томата и табака, но система может быть адаптирована практически к любой культуре, говорят ученые. Микроиглы могут не только доставлять целевые полезные нагрузки молекул на растение, но также могут использоваться для отбора проб с растений для лабораторного анализа.

По словам Марелли, работа началась в ответ на запрос Министерства сельского хозяйства США о том, как решить проблему кризиса озеленения цитрусовых, который угрожает крахом отрасли стоимостью 9 миллиардов долларов. Болезнь распространяется насекомыми, называемыми азиатскими цитрусовыми псиллидами, которые несут бактерии в растение. Пока еще нет лекарства от него, и миллионы акров американских садов уже опустошены. В ответ лаборатория Марелли включилась в работу по разработке новой технологии микроигл, возглавляемой Цао в качестве дипломного проекта.

Марелли объясняет, что эта болезнь поражает флоэму всего растения, включая корни, которые очень трудно достичь с помощью любого традиционного лечения. Большинство пестицидов просто распыляется или окрашивается на листья или стебли растения, и мало что проникает в корневую систему. Такое лечение может показаться недолгим, но затем бактерии приходят в норму и наносят ущерб. Что необходимо, так это то, что может быть направлено на флоэму, циркулирующую через ткани растения, которая может нести антибактериальное соединение в корни. Это как раз то, что потенциально может достичь какая-то версия новых микроигл, говорит ученый.

«Мы хотели решить техническую проблему, заключающуюся в том, как получить точный доступ к сосудистой сети растений», — добавляет Цао. Это позволило бы исследователям вводить пестициды, например, которые будут транспортироваться между корневой системой и листьями. В современных подходах используются «иглы очень большие и очень агрессивные, что приводит к повреждению растения», — говорит он. Чтобы найти замену, ученые опирались на предыдущую работу, которая производила микроиглы с использованием материала на основе шелка для инъекций человеческих вакцин.

«Мы обнаружили, что адаптация материала, предназначенного для доставки лекарств у людей к растениям, была непростой, из-за различий не только в сосудистой сети тканей, но и в составе жидкости», — говорит Лим. Микроиглы, предназначенные для использования человеком, предназначались для естественного биоразложения во влаге организма, но у растений гораздо меньше доступной воды, поэтому материал не растворялся и был бесполезен для доставки пестицида или других макромолекул во флоэму. Исследователи должны были разработать новый материал, но они решили придерживаться шелка в качестве основы. Это происходит из-за прочности шелка, его инертности в растениях (предотвращая нежелательные побочные эффекты) и того факта, что он разлагается на мельчайшие частицы, которые не рискуют засорять внутренние сосудистые системы растения.

Они использовали биотехнологические инструменты, чтобы увеличить гидрофильность шелка (заставляя его притягивать воду), сохраняя при этом материал достаточно прочным, чтобы проникать в эпидермис растения и достаточно разлагающимся, чтобы затем убраться с дороги.

Конечно же, они проверили материал на своих лабораторных растениях томата и табака и смогли наблюдать за инъецированными материалами, в данном случае флуоресцентными молекулами, проходящими весь путь через растение от корней до листьев.

«Мы думаем, что это новый инструмент, который может использоваться биологами, чтобы лучше понять явления переноса в растениях», — говорит Цао. Кроме того, его можно использовать «для доставки полезных нагрузок, и это может решить несколько проблем. Например, вы можете подумать о доставке питательных микроэлементов или о доставке генов, чтобы изменить экспрессию генов растения или в основном спроектировать растение».

«Теперь интересы лаборатории для фитоинъекторов вышли за пределы доставки антибиотиков в генную инженерию и диагностику в местах оказания медицинской помощи», — добавляет Лим.

Например, в своих экспериментах с растениями табака они смогли ввести организм под названием Agrobacterium, чтобы изменить ДНК растения — типичный биоинженерный инструмент, но доставленный новым и точным способом.

Пока что это лабораторный метод с использованием точного оборудования, поэтому в его нынешнем виде он не будет полезен для применения в сельском хозяйстве, но есть надежда, что он может быть использован, например, для биоинженерных устойчивых к болезням сортов важных сельскохозяйственных культур и растений. Команда также провела испытания с использованием модифицированного игрушечного пистолета-дротика, установленного на маленьком беспилотнике, который мог стрелять микроиглами в растения, растущие в поле. В конечном счете, такой процесс может быть автоматизирован с использованием автономных транспортных средств, говорит Марелли, для дальнейшего использования в сельском хозяйстве.

Тем временем команда продолжает работать над адаптацией системы к различным потребностям и условиям различных видов растений и их тканей. «На самом деле, между ними много различий», — говорит Марелли, — «Поэтому вам нужно подумать о том, чтобы иметь устройства, которые специфичны для конкретной установки. В будущем наши научные интересы будут выходить за рамки доставки антибиотиков в генную инженерию и диагностику в местах оказания медицинской помощи на основе отбора проб метаболитов».

По материалам Scitechdaily

-=GadZZillA=-

Компьютерный системный администратор, веб-огородник, IT-шник, специалист по строительным материалам, создатель и администратор проекта "Лаборатория Рабочих Столов"

Вас также может заинтересовать...

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

 

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.