Ny microneedle -teknik fremskynder opdagelse af plantesygdomme

Forskere har udviklet en ny teknik, der bruger mikronålsplejringer til at indsamle DNA fra plantevæv på et minut, frem for de timer, der er nødvendige for konventionelle teknikker. DNA -ekstraktion er det første trin i identifikationen af ​​plantesygdomme, og den nye metode lover godt for udviklingen af ​​værktøjer til påvisning af plantesygdomme på stedet.

"Når landmænd opdager en mulig plantesygdom i marken, såsom kartoffel sen rødme, de vil vide, hvad det er med det samme; hurtig påvisning kan være vigtig for at håndtere plantesygdomme, der spredes hurtigt, "siger Qingshan Wei, en assisterende professor i kemisk og biomolekylær teknik ved North Carolina State University og co-tilsvarende forfatter til et papir om værket.

"En af hindringerne for hurtig påvisning er den tid, det tager at udtrække DNA fra en planteprøve, og vores teknik giver en hurtig, enkel løsning på det problem, "Siger Wei.

"Nogle plantesygdomme har lignende blade symptomer, såsom sen rødme forårsaget af det berømte irske hungersnødspatogen Phytophthora infestans , og Phytophthora rødme forårsaget af en søsterart P. nicotianae , "siger Jean Ristaino, William Neal Reynolds, fremtrædende professor i plantepatologi ved NC State og medforfatter af artiklen. "Guldstandarden for sygdomsidentifikation er et molekylært assay. Vores nye teknik er vigtig, fordi du ikke kan køre et amplifikations- eller genotypebestemmelsesassay på stammer af P. infestans , eller enhver anden plantesygdom indtil du har ekstraheret DNA fra prøven. "

Typisk, DNA ekstraheres fra en planteprøve ved hjælp af en metode kaldet CTAB -ekstraktion, som skal udføres i et laboratorium, kræver meget udstyr, og tager mindst 3 til 4 timer. CTAB-ekstraktion er en proces i flere trin, der involverer alt fra vævsslibning til organiske opløsningsmidler og centrifuger.

Derimod, den nye DNA -ekstraktionsteknik involverer kun en mikronålspleje og en vandig bufferopløsning. Lappet er på størrelse med et frimærke og er lavet af en billig polymer. Overfladen på den ene side af plasteret består af hundredvis af nåle, der kun er 0,8 millimeter lange.

En landmand eller forsker kan anvende mikronåleplasteret på en plante, de formoder, er syg, hold plasteret på plads i et par sekunder, derefter skræl det af. Plasteret skylles derefter med bufferopløsningen, vask genetisk materiale af mikronålene og ned i en steril beholder. Hele processen tager cirka et minut.

"Det er spændende at se den nye anvendelse af microneedle patch -teknologi i landbrug og plantevidenskab, "siger Zhen Gu, professor i bioingeniør ved University of California, Los Angeles og medkorresponderende forfatter af papiret, der udviklede flere mikronålsbaserede lægemiddelleveringssystemer til menneskers sundhed.

"I eksperimentel test, vi fandt ud af, at micronone -teknikken resulterer i lidt højere niveauer af urenheder i prøven, sammenlignet med CTAB, "Wei siger." Dog, mikronålsteknikkens renhedsniveauer var sammenlignelige med andre, validerede laboratoriemetoder til DNA -ekstraktion. Mest vigtigt, vi fandt ud af, at den lille forskel i renhedsniveauer mellem mikronål og CTAB -prøver ikke forstyrrede evnen til nøjagtigt at teste prøverne ved et PCR- eller LAMP -assay. "

"Det faktum, at mikronålene udtrækker et mindre prøvetagningsvolumen synes ikke at være et problem, "siger Rajesh Paul, en ph.d. studerende ved NC State og første forfatter af papiret. "Microneedle-teknikken ekstraherede med succes patogen-DNA fra alle feltindsamlede inficerede tomatblade i en nylig blindtest."

"DNA-ekstraktion har været en betydelig hindring for udviklingen af ​​testværktøjer på stedet, "Wei siger." Vi går nu fremad med målet om at skabe en integreret, lavpris, feltportabel enhed, der kan udføre hvert trin i processen fra at tage prøven til at identificere patogenet og rapportere resultaterne af et assay. "

Papiret, "Ekstraktion af plante -DNA med Microneedle Patch til hurtig påvisning af plantesygdomme, "er offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano .