نانوموادی که نگهبان پرتقال‌ها می‌شوند

به گزارش جام جم آنلاین، باغ‌های مرکبات به طور فزاینده‌ای به بیماری «زغالک مرکبات» (Citrus canker) آلوده می‌شوند. زغالک مرکبات یک بیماری بسیار مسری است که ضایعات قهوه‌ای توده‌ای را روی برگ‌ها و میوه‌های درخت‌ های پرتقال ایجاد می‌کند. یک آنتی باکتریال گیاهی که به همراه یک فناوری کوچک استفاده می‌شود، ممکن است راه جدیدی را برای کنترل کردن این بیماری دشوار ارائه دهد.

«آلبرتو گوچز»(Alberto Gochez) پژوهشگر آسیب‌شناسی مرکبات در آزمایشگاه آسیب‌شناسی مرکبات «اینتا بلا ویستا»(INTA Bella Vista) در آرژانتین توضیح داد: ریشه‌کن کردن بیماری زغالک مرکبات دشوار است و زمانی که در مرکبات ایجاد شود، کنترل کردن آن به سالها مدیریت نیاز دارد. به همین دلیل، نظارت و مدیریت زودهنگام بیماری مهم است.

این بیماری که توسط باکتری «زانتوموناس سیتری»(Xanthomonas citri) ایجاد می‌شود، به همراه باد و باران گسترش می‌یابد و اگرچه میوه‌های آلوده به آن برای انسان مضر نیستند اما حمل‌ونقل آنها برای فروش ممکن است بیماری را به مناطق دیگر انتقال دهد. پیش‌بینی می‌شود که زغالک مرکبات تا سال ۲۰۲۴، نیمی از باغ‌های مرکبات جهان را آلوده کند.

درمان‌های کنونی از مس استفاده می‌کنند که باکتری‌ها را از بین می‌برد و قرن‌هاست که برای محافظت از گیاهان در برابر عوامل بیماری‌زا استفاده می‌شود اما با استفاده بلندمدت از این روش، مس در محیط انباشته می‌شود و می‌تواند تنوع زیستی خاک را کاهش دهد و به کیفیت آب آسیب برساند. همچنین، این روش ممکن است با بیماری آلزایمر مرتبط باشد. به همین دلیل، نیاز فوری به روش‌های جایگزین برای درمان و جلوگیری از گسترش بیشتر آلودگی احساس می‌شود.

میکروژل

یک گروه پژوهشی، راه حل قابل توجهی را ارائه کرده‌اند. راه حل آنها شامل اسفنج‌های میکروژل در اندازه نانو است که از یک آنتی‌باکتری گیاهی پر شده‌اند و با قلاب‌های بی‌نهایت کوچک به برگ‌های درخت پرتقال می‌چسبند.

«اولریش شوانبرگ»(Ulrich Schwaneberg) و «آندری پیچ»(Andrij Pich) استادان «مؤسسه مواد تعاملی لایبنیتس»(Leibniz Institute for Interactive Materials) در آلمان و «هنریک فریرا»(Henrique Ferreira) دانشیار ژنتیک باکتریایی «دانشگاه ایالتی سائوپائولو»(Unesp) در برزیل، برای این پروژه همکاری کردند.

توانایی میکروژل‌ها برای چسبیدن به برگ‌های گیاه به آنها امکان می‌دهد تا آنتی‌باکتری را مستقیما در جایی که مورد نیاز است، به آرامی انتشار دهند و محافظت هدفمند و بلندمدت را برای درختان فراهم کنند. شوانبرگ گفت: این فناوری، سموم کمتری را برای محیط زیست به همراه دارد و یک بستر عالی برای آزادسازی کنترل‌شده مواد دفاعی و مواد مغذی گیاه است.

ترکیب آنتی‌باکتری «هگزیل گالات»(hexyl gallate)، از اسید گالیک به دست آمده است که در گیاهانی مانند برگ چای و انگور یافت می‌شود. پژوهشگران پیشتر دریافته بودند که این ترکیب با دو روش به طور موثر از رشد باکتری زانتوموناس سیتری جلوگیری می‌کند. یکی از روش‌ها، ایجاد سوراخ در غشای آن و دیگری، جلوگیری کردن از تقسیم سلولی آن است.

با وجود این، رساندن چنین درمانی به گیاهان دشوار است زیرا خوب به برگ نمی‌چسبد. فریرا گفت: ما به بستری نیاز داشتیم تا ترکیبات را به صورت ایمن تحویل دهیم و مطمئن شویم که آنها روی قسمت‌های گوناگون گیاه تثبیت شده‌اند.

میکروژل‌های سه‌بعدی به حل این مشکل کمک می‌کنند زیرا در واکنش به نشانه‌های محیطی مانند پی‌اچ و دما منقبض و متورم می‌شوند و می‌توانند مقدار زیادی عامل آنتی‌باکتری را حمل کنند. پژوهشگران میکروژل‌های سه‌بعدی را به پپتیدهای لنگرمانند مجهز کردند که به آنها کمک می‌کند تا به پوشش مومی برگ‌های درخت پرتقال بچسبند و در باران شسته نشوند.

محافظت موثر

پس از آزمایش اینکه میکروژل‌ها می‌توانند آنتی‌باکتری را نگه دارند و سپس منتشر ‌کنند و اینکه به طور قابل اعتماد به برگ‌های گیاه می‌چسبند، نوبت به آزمایش نحوه عملکرد میکروژل‌های بارگذاری‌شده در گلخانه و مقایسه آن با یک درمان تجاری مبتنی بر مس رسید.

پژوهشگران، درختان پرتقال شیرین را با میکروژل‌های حاوی هگزیل گالات یا درمان مبتنی بر مس اسپری کردند و سپس آنها را در معرض باکتری زانتوموناس سیتری قرار دادند. گیاهانی که درمان نشده بودند، حدود ۱۸ ضایعه را در هر سانتی‌متر مربع نشان دادند. درختان اسپری‌شده با میکروژل یا درمان مبتنی بر مس، کمتر از دو ضایعه را در هر سانتی‌متر مربع داشتند و تفاوت معناداری در درجه حفاظت این دو روش وجود نداشت. اگرچه میکروژل‌ها به اندازه درمان مبتنی بر مس به برگ‌ها نچسبیدند اما درجه قابل توجهی از محافظت را ارائه دادند.

در این میان، هنوز پرسش‌هایی باقی می‌مانند. گوچز که در این پروژه شرکت نداشت، گفت: نتایج هیجان‌انگیز هستند اما چندین مولکول و محصول، نتایج مثبتی را در شرایط آزمایشگاهی نشان می‌دهند و در آزمایش میدانی شکست می‌خورند. برای نشان دادن نحوه عملکرد میکروژل‌ها در باغ‌های بیرون از آزمایشگاه، به آزمایش‌های بیشتری نیاز است.

گروه پژوهشی گفتند که روی بهینه‌سازی نحوه ساخت میکروژل‌ها کار می‌کنند. اگرچه میکروژل‌ها زیست‌تخریب‌پذیر هستند اما در حال حاضر بر پایه پلیمرهای مصنوعی ساخته شده‌اند و گروه، راه‌هایی را برای سازگاری بیشتر با محیط زیست بررسی می‌کنند. پیچ گفت: این روش پس از جایگزین کردن پلیمرهای مصنوعی با پلیمرهای زیستی به‌دست‌آمده از منابع تجدیدپذیر برای کاهش انتشار دی‌اکسید کربن و اثرات زیست محیطی بهبود خواهد یافت.

بسیاری از مزایای عملی میکروژل‌ها، آنها را به یک چشم‌انداز جذاب تبدیل می‌کند زیرا تولید آنها ارزان و حمل‌ونقل آنها آسان است و برای نگهداری بلندمدت و حمل‌ونقل آسان می‌توان آنها را در حالت انجماد نگه داشت.

گوچز به نتیجه این پژوهش خوشبین است و باور دارد که تحقیقات بیشتر می‌توانند کاربردهای دیگری را نیز نشان دهند. وی افزود: این میکروژل می‌تواند برای سایر بیماری‌های مرکبات نیز سودمند باشد.

این پژوهش در مجله «Advanced Functional Materials» به چاپ رسید.