MIT’in Singapur’daki araştırma kuruluşu Singapur – MIT Araştırma ve Teknoloji İttifakı’nın (SMART) Disiplinlerarası Araştırma Grubu (IRG), Tarımsal Hassasiyet için Disruptif ve Sürdürülebilir Teknolojiler (DiSTAP) araştırmacıları ile Temasek Yaşam Bilimleri Laboratuvarı (TLL) ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) ortakları, bitkiler için ilk kez mikroiğne tabanlı ilaç aktarım tekniğini geliştirdi. Yöntem, araştırma amacıyla belirli bitki dokularına kontrollü miktarlarda zirai kimyasalların hassas bir şekilde verilmesi için kullanılabilir. Sahada uygulandığında, mahsul kalitesini ve hastalık yönetimini iyileştirmek için hassas tarımda kullanılabilir.
İklim değişikliğinin neden olduğu çevresel koşullar, sürekli artan insan nüfusu, ekilebilir arazilerin azlığı ve sınırlı kaynaklar, tarım sektörünü kaynakların (örneğin su, gübre ve böcek ilaçları) daha verimli kullanılmasını ve çevresel etkilerin azaltılmasını teşvik eden daha sürdürülebilir ve hassas uygulamaları benimsemeye zorlamaktadır. Mikro besinler, pestisitler ve antibiyotikler gibi tarımsal kimyasalları mahsullere etkin bir şekilde uygulayan dağıtım sistemlerinin geliştirilmesi, kaynak israfını en aza indirirken yüksek verimlilik ve yüksek ürün kalitesi sağlamaya yardımcı olacaktır.
Bununla birlikte, yaprak spreyleme gibi bitkilerde agrokimyasal uygulama için mevcut ve standart uygulamalar, hedef dışı uygulama, yağmurda hızlı akma ve aktif maddelerin hızlı bozunması nedeniyle verimsizdir. Bu uygulamalar aynı zamanda su ve toprak kirliliği, biyoçeşitlilik kaybı ve bozulmuş ekosistemler gibi önemli zararlı çevresel yan etkilere ve solunum sorunları, kimyasallara maruz kalma ve gıda kontaminasyonu gibi halk sağlığı sorunlarına neden olmaktadır.
SMART tarafından geliştirilen yeni ipek tabanlı mikroiğneler tekniği, bilinen miktarda taşıyıcıyı doğrudan bitkinin derin dokularına yerleştirip hedefleyerek bu sınırlamaları aşar ve bu da bitki büyümesinde daha yüksek etkinliğe yol açacak ve hastalık yönetimine yardımcı olacaktır. Bu teknik, bitkilere uzun vadeli zarar vermeden bileşik sağladığı için minimal invazivdir ve çevresel olarak sürdürülebilirdir. Kaynak israfını en aza indirir ve çevrenin agrokimyasal kontaminantlardan kaynaklanan olumsuz yan etkileri azaltır. Ayrıca, hassas tarım uygulamalarının teşvik edilmesine yardımcı olacak ve bitkileri incelemek ve mahsul özelliklerini tasarlamak için yeni araçlar sağlayarak gıda güvenliğinin sağlanmasına yardımcı olacaktır.
Advanced Materials dergisinin Ocak 2023 sayısında yayımlanan “İpek Mikroiğneler Kullanılarak Bitkilerde İlaç Dağıtımı” başlıklı makalede açıklanan araştırma, çok çeşitli bitkilere küçük bileşikler dağıtmak için kullanılan ilk polimerik mikroiğneleri ve bitkinin biyomateryal enjeksiyonuna verdiği tepkiyi inceliyor. Araştırmacılar, gen ekspresyon analizi sayesinde mikroiğne enjeksiyonunu takiben ilaç dağıtımına verilen tepkileri yakından inceleyebildi. Minimal yara izi ve kallus oluşumu gözlendi. Bu da bitkide enjeksiyon kaynaklı minimal yaralanma olduğunu gösteriyor. Bu çalışmada sunulan kavram ispatı, bitki mikroiğnelerinin bitki biyolojisi ve tarımda uygulanmasına kapı açarak, bitki fizyolojisini düzenlemek ve yararlı maddelerin verimli ve etkili bir şekilde iletilmesi yoluyla metabolizmaları incelemek için yeni araçlar sağlamaktadır.
Çalışma, seçilen model bitki olan Arabidopsis‘te (fare kulağı teresi) sistemik taşıma sistemini hedeflemek için mikroiğnelerin tasarımını optimize etti. Dağıtım için tarımda yaygın olarak kullanılan bir bitki büyüme düzenleyicisi olan Gibberellik asit (GA3) seçilmiştir. Araştırmacılar, GA3’ün mikroiğneler aracılığıyla verilmesinin, büyümeyi teşvik etmede geleneksel yöntemlerden (yaprak spreyi gibi) daha etkili olduğunu buldular.
Daha sonra genetik yöntemler kullanarak etkinliği doğruladılar ve tekniğin sebzeler, tahıllar, soya fasulyesi ve pirinç dahil olmak üzere çeşitli bitki türlerine uygulanabilir olduğunu gösterdiler.
Makalenin ortak yazarı, DiSTAP Baş Araştırmacısı ve MIT’de İnşaat ve Çevre Mühendisliği Doçenti olan Profesör Benedetto Marelli şunları söyledi: “Bu teknik, israfa neden olan mevcut agrokimyasal dağıtım yöntemlerine kıyasla kaynak tasarrufu sağlıyor. Uygulama sırasında mikroiğneler doku bariyerlerini aşarak bileşikleri doğrudan bitkilerin içine salıyor ve agrokimyasal kayıpları önlüyor. Bu teknik aynı zamanda kullanılan zirai ilaç miktarının hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlayarak yüksek teknolojili hassas tarım ve verimi optimize etmek için mahsul büyümesi sağlar.”
Makalenin ilk yazarı ve MIT İnşaat ve Çevre Mühendisliği Post-Doktora Araştırmacısı Dr. Yunteng Cao “Türünün ilk örneği olan bu teknik, tarım endüstrisi için devrim niteliğindedir. Ayrıca kaynak israfını ve ekolojik kirlenmeyi de en aza indiriyor. Gelecekte, otomatik mikroiğne uygulamasıyla birlikte bu teknik, hassas agrokimyasal aktarımı ve hastalık yönetimi için yüksek teknolojili açık ve kapalı alan çiftliklerinde kullanılabilir.” dedi.
Çalışmanın ilk yazarı ve Singapur Ulusal Üniversitesi (NUS) ve TLL’den doktora adayı Sally Koh “Bu çalışma aynı zamanda bitkilerin biyomateryallere verdiği tepkileri incelemek için genetik araçların kullanılmasının önemini vurgulamaktadır. Bu tepkilerin genetik düzeyde analiz edilmesi, bu tepkilerin kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlar ve böylece Tarım-Gıda endüstrisinde kullanılabilecek gelecekteki biyomalzemelerin geliştirilmesi için bir rehber görevi görür.” dedi.
Makalenin ortak yazarı, TLL Baş Araştırmacısı ve NUS Yardımcı Doçenti Profesör Daisuke Urano’nun da belirttiği gibi gelecek umut verici görünüyor: “Araştırmamız ipek bazlı mikroiğnelerin agrokimyasal uygulamalar için kullanımını doğruladı ve tekniği ve mikroiğne tasarımını üretim ve ticarileştirme için ölçeklenebilir bir model haline getirmeyi dört gözle bekliyoruz. Aynı zamanda, toplum üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilecek potansiyel uygulamaları da aktif olarak araştırıyoruz.” [1]Microneedle-based drug delivery technique for plants
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | Microneedle-based drug delivery technique for plants |
|---|
