Onderzoekers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld die micronaaldpleisters gebruikt om in één minuut DNA uit plantenweefsels te verzamelen. in plaats van de uren die nodig zijn voor conventionele technieken. DNA-extractie is de eerste stap in het identificeren van plantenziekten, en de nieuwe methode is veelbelovend voor de ontwikkeling van hulpmiddelen voor het opsporen van plantenziekten op locatie.

"Als boeren een mogelijke plantenziekte op het veld ontdekken, zoals aardappelziekte, ze willen meteen weten wat het is; snelle detectie kan belangrijk zijn voor het aanpakken van plantenziekten die zich snel verspreiden, " zegt Qingshan Wei, een assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering aan de North Carolina State University en co-corresponderende auteur van een paper over het werk.

"Een van de obstakels voor snelle detectie is de hoeveelheid tijd die nodig is om DNA uit een plantenmonster te halen, en onze techniek zorgt voor een snelle, simpele oplossing voor dat probleem, "zegt Wei.

"Sommige plantenziekten hebben vergelijkbare bladsymptomen, zoals Phytophthora veroorzaakt door de beroemde Ierse hongersnoodziekteverwekker Phytophthora infestans , en Phytophthora bacterievuur veroorzaakt door een zustersoort P. nicotianae , " zegt Jean Ristaino, William Neal Reynolds Distinguished Professor of Plant Pathology bij NC State en co-corresponderende auteur van het artikel. "De gouden standaard voor ziekte-identificatie is een moleculaire test. Onze nieuwe techniek is belangrijk omdat je geen amplificatie- of genotyperingstest kunt uitvoeren op stammen van P. infestans , of een andere plantenziekte, totdat je DNA uit het monster hebt gehaald."

Typisch, DNA wordt geëxtraheerd uit een plantenmonster met behulp van een methode die CTAB-extractie wordt genoemd, wat in een laboratorium moet gebeuren, veel apparatuur nodig, en duurt minimaal 3 tot 4 uur. CTAB-extractie is een meerstapsproces waarbij alles betrokken is, van weefselvermaling tot organische oplosmiddelen en centrifuges.

Daarentegen, de nieuwe DNA-extractietechniek omvat alleen een micronaaldpleister en een waterige bufferoplossing. De patch is ongeveer zo groot als een postzegel en is gemaakt van een goedkoop polymeer. Het oppervlak aan één kant van de pleister bestaat uit honderden naalden die slechts 0,8 millimeter lang zijn.

Een boer of onderzoeker kan de micronaaldpleister aanbrengen op een plant waarvan hij vermoedt dat hij ziek is, houd de pleister een paar seconden op zijn plaats, pel het dan af. De pleister wordt vervolgens gespoeld met de bufferoplossing, het wassen van genetisch materiaal van de micronaalden en in een steriele container. Het hele proces duurt ongeveer een minuut.

"Het is opwindend om de nieuwe toepassing van micronaald-patchtechnologie in de landbouw en plantenwetenschap te zien, " zegt Zhen Gu, een professor in bio-engineering aan de Universiteit van Californië, Los Angeles en co-corresponderende auteur van het artikel, die verschillende op micronaalden gebaseerde medicijnafgiftesystemen voor de menselijke gezondheid heeft ontwikkeld.

"Bij experimenteel testen, we ontdekten dat de micronaaldtechniek resulteert in iets hogere onzuiverheden in het monster, in vergelijking met CTAB, " zegt Wei. "Echter, de zuiverheidsniveaus van de micronaaldtechniek waren vergelijkbaar met die van andere, gevalideerde laboratoriummethoden voor DNA-extractie. Het belangrijkste is, we ontdekten dat het kleine verschil in zuiverheidsniveaus tussen de micronaald- en CTAB-monsters niet interfereerde met het vermogen om de monsters nauwkeurig te testen met een PCR- of LAMP-assay."

"Het feit dat micronaalden een kleiner bemonsteringsvolume extraheren, lijkt geen probleem te zijn, " zegt Rajesh Paul, een doctoraat student bij NC State en eerste auteur van het papier. "De micronaaldtechniek heeft in een recente blinde test met succes pathogeen-DNA geëxtraheerd uit alle in het veld verzamelde geïnfecteerde tomatenbladeren."

"DNA-extractie is een belangrijke hindernis geweest voor de ontwikkeling van on-site testtools, " zegt Wei. "We gaan nu verder met het doel om een ​​geïntegreerde, goedkoop, velddraagbaar apparaat dat elke stap van het proces kan uitvoeren, van het nemen van het monster tot het identificeren van de ziekteverwekker en het rapporteren van de resultaten van een test."

De krant, "Extractie van planten-DNA door micronaaldpleister voor snelle detectie van plantenziekten, " is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano .