UMO-2019/03/X/NZ9/01197 w ramach konkursu „MINIATURA 3”

 Z roku na rok wzrasta liczba ludności na świecie i przewiduje się, że do 2050 roku osiągnie poziom 9 miliardów. Przekłada się to bezpośrednio na rosnące zapotrzebowanie na żywność, a tym samym konieczność zwiększenia produkcji rolnej. Ważną rolę w tym zadaniu odgrywa ochrona roślin, a zwłaszcza zabezpieczenie upraw przed chorobami i ich skutkami, które wywołują m.in.: bakterie, wirusy czy grzyby. Szczególnie niebezpieczne są organizmy kwarantannowe ponieważ nie tylko mają bezpośredni negatywny wpływ na plon, ale również generują straty ekonomiczne z powodu nałożonej kwarantanny np. koszt utylizacji zarażonych roślin lub zakazu eksportu. Wczesna diagnostyka chorób roślin pozwoliłaby na zredukowanie tych strat. Z tego powodu prowadzone są badania nad opracowaniem nowych i ulepszaniem dotychczas stosowanych metod diagnostyki patogenów roślinnych. Rutynowo stosowane metody takie jak test ELISA oraz metody molekularne, które wykorzystują dobrze poznaną technologię, są specyficzne, czułe i dokładne, ale z drugiej strony generują duże koszty, wymagają wyspecjalizowanego sprzętu oraz dużego nakładu pracy. Zazwyczaj też mogą być użyte jedynie w laboratoriach badawczych. Metody elektrochemiczne mogą stanowić atrakcyjną alternatywę, oferują niewielki koszt aparatury oraz stosunkowo prostą i szybką analizę próbek możliwą do wykonania w warunkach polowych. Przykładowym wykorzystaniem tych metod są komercyjnie dostępne glukometry, które służą do pomiaru zawartości cukru (glukozy) w kropli krwi w warunkach domowych. 

Celem projektu było sprawdzenie czy za pomocą metod elektrochemicznych możliwe jest wykrycie bakterii kwaranntannowej Cs (Clavibacter sepedonicus) - sprawcy pierścieniowej bakteriozy ziemniaka. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że istnieje taka możliwość. Zaprojektowano czujnik, którego wielkość sygnału zmieniała się w zależności od obecności bakterii. Czujnikiem była elektroda z przyłączonymi do powierzchni przeciwciałami (b), które łączyły się specyficzne z bakteriami Cs (a), a następnie z kolejnymi przeciwciałami, które były znakowane enzymem. Elektrodę z utworzonym kompleksem zanurzano w roztworze substratu (S) na kilkanaście minut, aby umożliwić zajście reakcji, której produkt (P) generował mierzony sygnał. W przypadku braku bakterii przeciwciała znakowane enzymem były wymywane (nie tworzyły kompleksu), a tym samym nie powstawał produkt reakcji. Kluczową częścią projektu było zoptymalizowanie poszczególnych etapów tworzenia kompleksu oraz zastosowanie właściwej metody przyłączania przeciwciał na powierzchni elektrody. Pod uwagę wzięto takie parametry jak: ilość przeciwciał w zawiesinie, a także czas oraz temperaturę w jakiej elektrodę zanurzano w zawiesinie przeciwciał. Istotny również był wybór odpowiedniego enzymu, substratu reakcji, warunków prowadzenia pomiarów oraz metody pomiarowej. Przeprowadzone wstępne badania, wskazują na możliwość zastosowania metod elektrochemicznych do detekcji kwarantannowej bakterii Cs. Potrzebne są jednak kolejne badania m.in. nad zwiększeniem mierzonego sygnału czy wykorzystaniem elektrod zminiaturyzowanych. W literaturze odnaleźć można coraz więcej badań przedstawiających laboratoryjne prototypy czujników elektrochemicznych do detekcji patogenów roślinnych, co podkreśla ogromny potencjał badawczy tej dziedziny.