تبدیل گیاهان به حسگرهایی برای شناسایی مواد شیمیایی خطرناک

به گزارش عصر رویداد؛ چه می‌شود اگر گیاهان منزل شما بتوانند به شما بگویند که آب مصرفی شما ایمن نیست؟ دانشمندان با مهندسی موفقیت‌آمیز گیاهی که در مجاورت یک حشره‌کش سمی ممنوع به رنگ قرمز درمی‌آید، به تحقق چنین ایده‌ای نزدیک‌تر شده‌اند.

محققان دانشگاه «ریورساید» کالیفرنیا (UC Riverside) برای تحقق این هدف باید یک معمای مهندسی را حل می‌کردند: اینکه چگونه یک گیاه را قادر سازند وجود یک ماده شیمیایی را حس کرده و به آن واکنش نشان دهد بدون اینکه به توانایی آن گیاه برای عملکرد طبیعی لطمه‌ای وارد شود.

«ایان ویلدن» استادیار مهندسی شیمیایی و زیستی در دانشگاه یادشده گفت: بزرگترین مساله در اینجا این است که ما یک حسگر زیست محیطی ایجاد کرده‌ایم، بدون اینکه تغییری در متابولیسم طبیعی گیاه ایجاد کنیم.

وی افزود: در گذشته جزء حسگر زیستی (بیوسنسور) موجب اختلال در توانایی گیاه برای رشد و حرکت به سمت نور یا توقف مصرف آب در شرایط استرس می‌شد اما این حسگر جدید چنین کاری نمی‌کند.

یک مقاله جدید در نشریه «زیست‌شناسی شیمیایی طبیعت» فعل و انفعالات شیمیایی پشت این دستاورد را شرح داده است. این فرایند مهندسی با یک پروتئین موسوم به «اسید آب‌سیسیک» (ABA) شروع می‌شود که به گیاهان کمک می‌کند تا با تغییرات استرس‌آور در محیط مانوس شوند.

در دوره خشکسالی، زمین خشک می‌شود و گیاهان «اسید آب‌سیسیک» تولید می‌کنند. پروتئین‌های دیگری موسوم به «دریافت‌کننده‌ها» (receptors) به گیاه کمک می‌کنند تا ABA را شناسایی کرده و به آن پاسخ دهد. این امر به نوبه خود به گیاه می‌گوید که روزنه‌های روی برگ‌ها را ببندد و تبخیر آب را تا حد زیادی کاهش دهد و به این ترتیب احتمال پژمردگی گیاه کمتر می‌شود.

این تیم تحقیقاتی سال گذشته نشان داد که رسپتورهای (دریافت‌کننده‌های) ABA قابل آموزش دادن هستند بطوری که در برابر مواد شیمیایی دیگری به جز ABA نیز واکنش نشان دهند. اکنون تیم تحقیقاتی یادشده نشان داده است که وقتی دریافت‌کننده‌های گیاه به یک ماه شیمیایی دیگر واکنش نشان می‌دهند، رنگ گیاه به قرمز پررنگ دزمی‌آید.

این محققان به این منظور از یک ماده حشره‌کش موسوم به «آزینفوس-اتیل» که به علت سمی بودن برای انسان ها در بسیاری از مناطق ممنوع شده است، استفاده کردند.

«شان کاتلر» استاد زیست‌شناسی گیاهی در دانشگاه یادشده گفت: ما در تلاش برای حس کردن و ردیابی اطلاعاتی درباره مواد شیمیایی در محیط از راه دور هستیم. اگر شما تعدادی از این گیاهان را داشته باشید و رنگ آنها قرمز شود، این مساله کاملا آشکار خواهد بود.

این محققان به عنوان بخشی از همین تحقیقات همچنین قابلیت تبدیل کردن یک ارگانیسم زنده دیگر یعنی مخمر (yeast) به حسگر را نشان دادند. این گروه محققان نشان داد که مخمر همزمان به دو ماده شیمیایی متفاوت واکنش نشان می‌دهد. با این حال این کار هنوز در گیاهان ممکن نشده است.

کاتلر در این خصوص گفت: بسیار عالی می‌شود اگر ما در نهایت بتوانیم گیاهی طراحی کنیم که بتواند ۱۰۰ ماده شیمیایی ممنوع را حس و شناسایی کند. این کار به خصوص برای کاربردهای مرتبط با بهداشت محیطی یا دفاع مفید است اما در حال حاضر در مورد اینکه چه کاری می‌توانیم برای مهندسی این ظرفیت‌های حسگری جدید انجام دهیم، محدودیت هایی وجود دارد.

در حال حاضر این گیاهان با اهداف تجاری رشد داده نمی‌شوند. این کار مستلزم تاییدات قانونگذاری است که سال ها زمان می‌برد. این همچنین یک فناوری جدید است که پیش از این کاربرد در مزارع کشاورزان یا هر جای دیگری در دنیای واقعی، مسائلی در ارتباط با آن وجود دارد که باید به آنها پرداخته شود. با این حال، این کشف جدید امکان فرصت‌های جدیدی را می‌گشاید.

کاتلر خاطرنشان کرد: این مقاله یک پاسخ بصری به یک ماده شیمیایی در گیاهان را نشان داده است. ما تلاش داریم که بتوانیم هرگونه مواد شیمیایی در محیط را حس کنیم.