Nanodeeltjes als steriliserende middelen ter vervanging van antibiotica bij fytoproductie

Een eenvoudig en effectief preparaat voor de bescherming van in vitro afgeleide zaailingen tegen fytopathogenen is ontwikkeld door een wetenschappelijk team van NUST MISIS samen met collega’s van Voronezh en Tambov. Kleine doses koperoxide-nanodeeltjes in zijn samenstelling werken als een immunostimulator van planten. Als gevolg hiervan zijn wetenschappers van plan een preparaat te verkrijgen dat de hoeveelheid geoogst plantmateriaal zal vergroten. De resultaten van het werk zijn gepubliceerd in de Nanomaterialen internationaal wetenschappelijk tijdschrift.

Moderne methoden voor massale fytoproductie omvatten het verkrijgen van plantmateriaal van houtachtige planten door klonale micropropagatie in vitro. Deze methode van vegetatieve vermeerdering maakt het mogelijk om nieuwe planten te verkrijgen, genetisch identiek aan het originele exemplaar, in een laboratoriumvat of een andere gecontroleerde experimentele omgeving in plaats van in een levend organisme of natuurlijke omgeving.

Er zijn enkele uitdagingen met de nieuwe technologie: aangezien voedingsmedia voor fytoklonen ideale omstandigheden bieden voor microbiële groei, moeten nieuwe planten worden gecreëerd en in volledige steriliteit worden gehouden. Antibiotica worden steeds vaker gebruikt om het risico op besmetting van in vitro vermeerderde planten te verkleinen.

Naast het bacteriedodende effect kunnen antibiotica echter ook een toxisch effect hebben op plantenweefsels, hun groei en ontwikkeling remmen. Bovendien kunnen micro-organismen zich door mutaties aanpassen aan biociden, wat leidt tot resistentie van fytopathogenen. Volgens Russische wetenschappers zou het gebruik van nanodeeltjes als sterilisatiemiddel een veilig alternatief kunnen zijn voor antibiotica.

Het onderzoeksteam van wetenschappers van NUST MISIS, Voronezh State University of Forestry and Technologies vernoemd naar GF Morozov en Tambov State University vernoemd naar GR Derzhavin, had tot doel de effecten van koperoxidenanodeeltjes op de groei van kolonies van sporenvormende schimmels te beoordelen, zoals evenals op de productie van stressresistentiegenen in berkenklonen in vitro wanneer geïnfecteerd met fytopathogenen.

“Zoals we hadden verwacht, hadden koperoxide-nanodeeltjes een uitgesproken antischimmeleffect op fytopathogenen in plantencultuur, wat consistent is met de resultaten van een aantal eerdere onderzoeken. Als mogelijke mechanismen van dit fenomeen gaan we uit van zowel de diffusie van koperionen, dat is een antimicrobieel middel en specifieke nanotoxische effecten, zoals de inductie van oxidatieve stress of schade aan het celmembraan”, zegt Olga Zakharova, een expert van de afdeling functionele nanosystemen en materialen voor hoge temperaturen bij NUST MISIS.

Interessant is dat volgens de ontwikkelaars de maximale steriliteit van planten werd waargenomen bij de laagste concentratie van bestudeerde nanodeeltjes. Wetenschappers suggereren dat het effect niet wordt bereikt door de directe vernietiging van fytopathogene micro-organismen door nanodeeltjes, maar indirect door het stimuleren van de immuniteit van zaailingen.

“Nanodeeltjes in lage concentraties kunnen matige stress bij planten veroorzaken, een van de reacties waarop een verandering in hun biochemische status is. Verbindingen zoals peroxidasen en polyfenolen, die deel uitmaken van het systeem van niet-specifieke bescherming van planten tegen fytopathogene micro-organismen, Tegelijkertijd verhoogt een toename van de concentratie van nanodeeltjes de door nano-geïnduceerde stress en begint de algehele efficiëntie van de aanpassing van planten aan stress af te nemen, wat zich uiteindelijk manifesteert door een verminderd aantal levensvatbare microklonen bij de maximale concentratie van nanodeeltjes,” voegde Olga Zakharova eraan toe.

Volgens de onderzoekers bevestigen de verkregen gegevens het vooruitzicht om koperoxidenanodeeltjes te gebruiken om de technologie van plantenteelt in vitro te optimaliseren. De volgende fase van het project is het nauwkeurig identificeren van de mechanismen waarmee nanodeeltjes planten en fytopathogenen beïnvloeden.