برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۹/۲۴ تا ۱۳۹۷/۰۹/۳۰

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۳۲۵
  • بازدید این ماه ۷۸
  • بازدید امروز ۲
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۱
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 2

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

فناوری نانو و تشخیص بیماری‌های گیاهی

یکی از مهم‌ترین عوامل بازدارنده در تولید محصولات کشاورزی، انواع بیماری‌های گیاهی است. اولین گام برای انجام مدیریت صحیح پاتوژن‌های گیاهی چه در مزرعه و چه در گلخانه، تشخیص صحیح آن است. فناوری‌های موجود مانند واکنش زنجیره پلیمراز کمی (Q-PCR) نیازمند به مقادیر زیادی از بافت هدف بوده و همچنین متکی بر سنجش‌های دیگر جهت کسب اطمینان هستند. از عیوب مشترک تمام روش‌های سنتی تشخیصی، وقت‌گیر بودن و فقدان حساسیت بالا است. طبیعتاً نیاز به توسعه روش‌هایی ارزان قیمت‌تر و با سرعت و دقت بالاتر کاملاً احساس می‌شود. فناوری نانو به وسیله نانوذرات و نقاط کوانتومی، ابزارهایی ضروری را جهت شناسایی سریع نشانگرهای زیستی خاص با دقت بسیار بالا در اختیار قرار داده است. زیست‌حسگرها، نقاط کوانتومی، نانوبارکدها، انواع پلتفرم‌های دارای ساختار نانو و پلتفرم‌های توالی‌یابی DNA بر پایه سیستم نانوحفره‌ای قابلیت افزایش حساسیت، عملکرد اختصاصی بیشتر و سرعت تشخیص عوامل بیماری‌زا را فراهم می‌کند، همچنین قادر به تجزیه و تحلیل همزمان مقدار زیادی اطلاعات ورودی را دارند، بنابراین با کیفیت بسیار بالایی می‌توان سطح ایمنی محصولات و گیاهان را رصد کرد. علاوه بر موارد گفته شده کیت‌های تشخیصی بر پایه علوم نانو می‌توانند به سادگی و سرعت این امکان را برای متخصصین فراهم آورند که به کشاورزان در راستای جلوگیری از گسترش و اپیدمی شدن بیماری کمک کنند.
1- مقدمه
پراکنش بیماری‌های گیاهی در سطح جهانی افزایش‌یافته، این در حالی است که هزینه‌های اختصاصی برای تشخیص و کنترل پاتوژن‌ها (عوامل ایجادکننده بیماری)، با محدودیت مواجه است (حدود 3% از کل هزینه تولید) [1]. به‌طورکلی برآورد شده است که در دنیا آفات، بیماری‌ها و علف‌های هرز باعث از بین رفتن به ترتیب 14، 13 و 13 درصد محصولات کشاورزی می‌شوند. پاتوژن‏‎ها به دلیل ایجاد شرایط تنش شدید برای گیاهان باعث کاهش چشمگیر در بهره‌وری می‌شوند در حالی‌که روش‌های تشخیص دقیق آن‌ها هزینه‌های زیادی را به دولت‌ها و تولیدکننده‌ها تحمیل می‌کند [1]. تاکنون تلاش‌های زیادی برای تولید ایمن‌تر محصولات کشاورزی تحت شرایط محیطی متفاوت، به‌وسیله دستگاه‌های حفاظت‌کننده و مدیریت بهتر انجام‌ گرفته است. به هر ترتیب، حفاظت از محصولات، کلید دستیابی به تولید پایدار به‌خصوص در شرایط نامطلوب زیست‌محیطی است.
روش‌های تشخیصی مولکولی سنتی به‌طور گسترده‌ای در آزمایشگاه‌های سراسر جهان برای شناسایی عوامل بیماری‌زای گیاهی، با درجه بالایی از حساسیت و عملکردی اختصاصی، در حال استفاده است. با این‌حال بسیاری از این روش‌ها را نمی‌توان در مزرعه (تشخیص در محل) یا در کشورهای در حال‌ توسعه که درآمدها کمتر است، مورد استفاده قرار داد. علاوه بر این، قیمت بالا و نیمه‌عمر کوتاه برخی از مواد بیولوژی مولکولی، مانند آنزیم‌ها و آغازگرها (توالی‌های کوتاه از مولکول DNA که در آزمون‌های تشخیصی مورد استفاده قرار می‌گیرند (دلیل استفاده از آزمون‌های ژنتیکی-مولکولی، حضور تمام یا جزئی از ساختار ژنتیکی عامل بیماری در بافت میزبان گیاهی است)) در شرایط محیطی عادی، عاملی محدودکننده در استفاده از روش‌های سنتی مولکولی در کشورهای در حال‌ توسعه است. فناوری نانو می‌تواند راه‌حل‌هایی واقعی در برابر بسیاری از مشکلات کشاورزی مانند کنترل بیماری‌های گیاهی ارائه کند [2]. ترکیبات مبتنی بر نانوفناوری که ارائه خواهد شد می‌توانند اثر ضدقارچ‌ها و آفت‌کش‌ها را افزایش دهند. در نتیجه، دوز کمتری از آن‌ها در محیط و طبیعت استفاده خواهد شد. به‌علاوه روش‌‏های تشخیصی بر پایه نانو با ارائه ابزارهای جدید، مرحله آماده‌سازی نمونه را که بخشی دشوار و مهم در فرآیندهای مربوطه به‌حساب می‌آید، بهبود بخشیده و موفق به‌جای دادن آن‌ها در پلتفرم‌های کوچکی شده است. "تشخیص در محل" سریع پاتوژن‌های گیاهی با استفاده از کیت‌های بر پایه نانو نظیر نانوحسگرها، نانوحسگرهای زیستی، نانوبارکدها و دیگر سامانه‌های تشخیصی قابل‌ حمل، به کشاورزی و صنایع وابسته جهت مدیریت بیماری‌های گیاهی کمک خواهند کرد. در این مجال، توضیح مختصری از مفاهیم و وضعیت فعلی کاربرد نانوفناوری در تشخیص بیماری‌‏های گیاهی که شامل روش‌های مبتنی بر PCR (واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (Polymerase Chain Reaction) یا PCR روشی است که در مباحث تشخیصی مولکولی به‌وسیله آن قسمت یا قسمت‌هایی از مولکول DNA تکثیر می‌شود)، ابزارهای توالی‌یابی نانوحفره‌ای (Nanopore sequencing tools)، کیت‌های تشخیصی بر پایه نانو، نانوذرات طلا، نقاط کوانتومی (QDs: Quantum Dots)، نانوبارکدها و نانوحسگرها است، ارائه خواهد شد [1].

1-1- تشخیص آفات و بیماری‌های گیاهی به‌وسیله نانو و نانوگیاه‌شناسی
گسترش یا ادغام تشخیص‌های مولکولی در مقیاس نانو، فناوری امیدبخشی در شناسایی عوامل بیماری‌زا است. تشخیص‌های مولکولی بر پایه فناوری نانو در شناسایی بیماری‌های گیاهی در قالب اصطلاح "نانو تشخیصی"(Nano-diagnostic) معرفی می‌شود [1]. درحال حاضر ترکیباتی که در ابعاد نانو تهیه و توسعه‌ یافته‌اند به‌عنوان موفقیتی خارق‌العاده در تشخیص پاتوژن‌ها و آلاینده‌ها به‌حساب می‌آیند.
نانو گیاه‌شناسی از جمله علومی است که به‌عنوان لبه مرزهای دانش شناخته می‌شود و فناوری نانو را در تشخیص، شناسایی و کنترل بیماری‌های گیاهی و پاتوژن‌ها در مراحل اولیه و قبل از گسترش و اپیدمی شدن، به کار می‌گیرد. روش‌های نانومولکولی مدرن در رصد و درک جمعیت ژنتیکی پاتوژن‌ها، تداخلات گیاهان و میکروب‌ها و انتقال ژن بین پاتوژن و میزبان مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر این نانوذراتی مثل سیلیکا-نقره اخیراً به‌عنوان عوامل ضدمیکروبی و قارچی به کار گرفته می‌شوند. همچنین نانوموادی می‌توانند برای تشخیص مایکوتوکسین (سمومی که توسط قارچ‌ها تولید می‌شوند) و سم‌زدایی استفاده شود. افزایش مقاومت گیاه، پیش‌بینی بیماری‌های گیاهی و تشخیص نانومولکولی پاتوژن گیاهی، کاربردهای بالقوه نانو گیاه‌شناسی هستند که در شکل 1 نشان داده‌ شده است [1].

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1- پتانسیل‌های فعالیت نانوفناوری در زمینه بیماری‌شناسی گیاهی: (الف) کنترل بیماری‌ها و (ب) شناسایی پاتوژن‌های گیاهی
 
2- فناوری‌های تشخیص پاتوژن‌های گیاهی
1-2- دستگاه واکنش زنجیره پلیمراز قابل‌ حمل
قابلیت تولید امپلیکون (Ampliqon، محصول واکنش زنجیره پلیمراز یا همان PCR) با سرعت بالا و توسط دستگاهی که قابل حمل باشد به متخصصین بیماری‌شناسی امکان اظهارنظر دقیق‌تری را می‌دهد. همچنین توانایی آن‌ها را نیز در پیش‌بینی وجود عامل بیماری‌زا افزایش خواهد داد. استفاده از این ابزار به‌طور قابل‌ توجهی فرآیندهای پایین‌دستی را نیز ساده‌تر خواهد کرد که از جمله این فعالیت‌ها می‌توان به کاربرد ابزارهای تشخیص ژنومی در محل اشاره کرد.
به عنوان نمونه، دستگاه Palm PCR ساخت شرکت کره‌ایی Ahram Biosystems (شکل 2)، سامانه‌ای قابل مدیریت است که برای عملکردی دقیق و با کارایی بالا طراحی شده است. این دستگاه باوجود اندازه کوچک، سازوکاری کاملاً قابل‌ قبول و سریع برای تکثیر قطعات انواع نمونه‌های DNA شامل نمونه‌های ژنوم گیاهی را دارد [3]. این سیستم می‌تواند در زمانی کمتر از 25 دقیقه به حدی از کیفیت دست یابد که نمونه‌ها توسط ژل آگارز (ترکیبی ژلاتینی جهت بررسی و تجزیه‌وتحلیل قطعات تکثیرشده به‌وسیله انواع روش‌های PCR) قابل تجزیه‌وتحلیل شود. این درگاه قابل‌ حمل، روندی بسیار کاربردی و کاربرپسند را برای انجام انواع آزمون‌های PCR در اختیار محققین مبتدی تا بسیار باتجربه قرار می‌دهد.

filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2- تصویری از دستگاه Palm PCR شرکت Ahram Biosystems

2-2- توالی‌یاب ژنومی قابل‌ حمل (سیستم توالی‌یابی نانوحفره‌ای)
بسیاری از شرکت‌ها در حال تحقیق بر روی نظریه استفاده از فناوری نانوحفره (Nanopore) هستند. در این سیستم توالی‌یابی، دو چالش اصلی وجود دارد که باید به آن‌ها توجه و پرداخته شود [1].
1- چگونگی تشخیص نوکلئوتیدها (اجزای تشکیل‌دهنده ساختار DNA) توسط حفره‌ها و بالعکس برای عبور دادن رشته DNA از این منافذ
2- چگونگی کنترل سرعت DNA در حین عبور از نانوحفره‌ها

filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل 3- طرح ساده شده‌ای از یک مولکول DNA در حال عبور در امتداد یک پروتئین قرار گرفته در نانوحفره غشایی

باوجود چنین چالش‌هایی، پلتفرم‌های توالی‌یابی نانوحفره‌ای بسیار کاربردی و ارزشمند خواهند بود. زیرا خوانش‌های (رشته‌های DNA به‌صورت توالی‌های کوتاه و بلندی از چهار نوع مولکول با خاصیت بازی به نام‌های آدنین، تایمین، سایتوزین و گوانین وجود دارند که به هر فاز تشخیص ترتیب قرارگیری این بازها در رشته DNA، "خوانش" و به کل فرآیند "توالی‌یابی" گویند) بسیار طولانی را با استفاده از غلظت‌های بسیار ناچیز DNA می‌توانند ارائه دهند [4]. در این حفره‌ها، پروتئین‌ها و آنزیم‌هایی به‌صورت سنتزی و مهندسی‌ شده قرار گرفته‌اند تا حتی‌المقدور چالش‌های ذکر شده را حل کنند و همچنین با عبور هر رشته اسیدنوکلوئیک از خود، به ازای هر باز عبوری پالس الکتریکی متفاوتی را تولید کنند. طراحی این سیستم به این صورت است که نانوحفره‌های پروتئینی در غشایی پلیمری و دولایه قرار گرفته‌اند که در قسمت تحتانی آن‌ها میکروگودال‌هایی تعبیه شده، هر میکروگودال مجهز به حسگری است که جریان الکتریکی حاصل را به ازای هر نوکلئوتید اندازه‌گیری می‌کند (شکل 3). این سیستم بسیار سریع و دقیق است. بیش از 1000 آزمایشگاه در حال آزمودن دستگاه تجاری شده و انتشار نتایج آن هستند. اولین نمونه تجاری شده این دستگاه با نام MinION توسط کارشناسان Oxford Nanopore (ONT) با اندازه یک‌ کف‌ دست تولید شده است. پژوهشگران، تجارب خود را در مورد استفاده از این دستگاه در مصاحبه با Nature Methods بیان می‌کنند. بعضی از پلتفرم‌هایی که بر پایه این سیستم طراحی‌ شده‌اند می‌توانند درزمانی حدود 15 دقیقه‌ای کل ژنوم موجود را توالی‌یابی کنند [1]. البته ذکر این نکته هم حائز اهمیت است که شرکت‌های دیگری نیز در حال‌ توسعه تکنولوژی‌های توالی‌یابی بسیار پرسرعت و ارزان‌قیمتی هستند که از جمله آن‌ها می‌توان به شرکت‌های Roche و IBM اشاره کرد. تکنولوژی‌هایی از این‌دست در رابطه با توالی‌یابی DNA را سامانه‌های توالی‌یابی نسل بعد یا به‌ اختصار NGS (Next Generation Sequencing) می‌گویند. پلتفرم نانوحفره در ترکیب با دانش و تجهیزات تشخیصی در بیماری‌شناسی گیاهی می‌تواند زمان تشخیص را از چندین ساعت یا حتی روز به چندین دقیقه تقلیل داده و دقت را در حد بسیار بالایی افزایش دهد.

3-2- کیت‏‌های نانوتشخیصی
بیماری‌شناسان گیاهی، برنامه‏ دارند این کیت که "آزمایشگاه در یک جعبه (lab in a box)" نام دارد را به‌زودی مورد مطالعه قرار دهند. این نام اشاره به یک بسته شامل ابزارهای اندازه‌‏گیری پیشرفته، معرف‌ها، منبع تغذیه و ترکیبات دیگر دارد که در حال حاضر فضای آزمایشگاهی را به بسته‏‌ای کوچک‌تر و سبک‌‏تر از یک چمدان رسانده است. کیتی با اندازه‏‌های یک چمدان، به مزرعه‌‏ای که در آن محصولات زراعی در حال کشت هستند منتقل‌ شده و به‌منظور جستجوی عوامل بیماری‌زا که می‏‌توانند باعث آلودگی و کاهش عملکرد شوند، مورد استفاده قرار می‏‌گیرد که روشی سریع و دقیق است. کیت‏‌های نانوتشخیصی (Nanodiagnostic) می‌توانند به‌راحتی و به‌سرعت عوامل بیماری‌زای جدی و بالقوه گیاهی را شناسایی کرده و این امکان را برای کارشناسان فراهم آورند تا در پیشگیری از شیوع بیماری‏‌ها به کشاورزان کمک کنند [1].
به‌عنوان‌مثال، 4mycosensor روش سنجشی چهار عاملی (Tetraplex) مبتنی بر آنتی‌بادی‌های رقابتی است. در این روش، ساختاری میله‌‏ای برای تشخیص مایکوتوکسین‏‌های ZEA (زرالنون)، T-2/HT-2، DON (دئوکسی نیوالنون) و FB1/FB2 در یک نوار واحد به کار برده شده که برای ذرت، گندم، جو دو سر و جو، در حداکثر میزان مجاز (MRLs) (Maximum residue limits) برای هرکدام از این مایکوتوکسین‏‌ها، در اروپا مورد استفاده قرار می‏‌گیرند. شمایی از نوارهای چندگانه مورد استفاده در سراسر این مطالعه (4mycosensor) در شکل 4 توصیف‌ شده است. پروتکل ایمنی‌سنجی ارائه‌ شده، روشی سریع، ارزان، با استفاده راحت و مناسب برای غربالگری سریع مایکوتوکسین‌‏ها در غلات و حبوبات محسوب می‏‌شود [1].

filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9
شکل 4- توضیحی ساده شده از روش نوارهای 4mycosensor

4-2- نانوذرات و زیست حسگرها
استفاده از نانومواد یا نانوذرات در زیست حسگرها، امکان توسعه و استفاده از برخی روش‌‏ها و ابزارهای جدید تشخیص سیگنال را فراهم می‏‌کند. استراتژی‏‌های مختلفی مانند آنتی‏‌ژن-آنتی‌بادی، الحاق به گیرنده (Adhesion receptor)، آنتی‏‌بیوتیک و روش‌‏های شناسایی توالی DNA مکمل برای تشخیص اختصاصی سلول‏‌های بیماری‌زای گیاهی از نانومواد عامل‏‌دارشده زیستی، ابداع شده است [5].

5-2- نقاط کوانتومی (QDs)
نقاط کوانتومی (QDs) نانوذرات نیمه‌رسانایی هستند که وقتی با یک منبع نوری برانگیزاننده تحریک می‏‌شوند، از خود خاصیت فلورسنس نشان می‌‏دهند. علاوه بر این، نقاط کوانتومی، فلوروفورهایی معدنی هستند که مزایای عمده‌‏ای بر فلوروفورهای (Fluorophores) آلی سنتی دارند. فلوئوروفورهای آلی سنتی به‌عنوان نشانگر در اسیدهای نوکلئیک یا پروتئین برای تشخیص بصری استفاده می‌شوند. مایکوسنتز (بیوسنتز در قارچ‌ها) نانومواد نیمه‌‏هادی برای اولین بار در مخمر تک‌ سلولی گزارش شد، که در آن نشان داده شد این موجود قادر به تولید بلوره‌های سولفید کادمیوم (CdS) در پاسخ به تنش شوری کادمیوم است. میکروب‏‌های مختلفی نیز برای بیوسنتز CdS مورد استفاده قرار گرفته‌اند؛ با این‌حال، مطالعات کمی بر روی خواص لومینسانس (Luminescent) آن متمرکز شده است [1].
نقاط کوانتومی CdSe با لومینسانت بالا زمانی که با مخلوطی از CaCl2 و TiCl4 در دمای اتاق انکوبه شوند، توسط قارچ F. oxysporum، به وجود می‌آیند. سنتز با واسطه قارچ، QDهای با فلورسنت بالای CdTe توسط جدایه‏‌های قارچ بیماری‌زای F. oxysporum، در واکنش با مخلوطی از CaCl2 و CoCl2 در شرایط محیطی عادی انجام شد. تشریح ذرات CdSe بیوسنتزشده، توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM: Transmission electron microscopy) و پراش الکترونی محل انتخابی (SAED: Selected-area electron diffraction) به انجام رسید. روش مؤثری برای بیوسنتز QDهای تلورید کادمیوم (CdTe) زیست‌سازگار که نشر فلورسانس قابل تنظیم دارند، توسعه داده‌ شده است. در این روش از سلول‏‌های مخمر استفاده می‌‏شود. تصاویر سلول‏‌های مخمر، انتشار نور سبز واضحی را از QDهای سنتزشده CdSe نشان می‏‌دهند. واحدهای QD از جنس CdTe، تنها در سیتوپلاسم و هسته سلول‏‌های مخمر پخش‌شده و هیچ‌کدام از آن‌ها در غشای سلولی یافت نشدند (شکل 5) [1].


filereader.php?p1=main_e4da3b7fbbce2345d
شکل 5- تصاویر کانونی سلول‌های مخمر همراه شده با نقاط کوانتومی CdTe در دمای 35 درجه سانتی‌گراد برای 8 روز که توسط نور لیزر 488 نانومتری برانگیخته گردیده و نور سبز ساطع می‌کند (الف)، تصویر با زمینه روشن (ب) وهمپوشی تصاویر زمینه روشن و تیره (ج)

6-2- نانو بارکدها
مولکول DNA زیست بارکددار شده (b-DNA) (bio-barcoded DNA )
روش‌های رایج تشخیصی DNA، بر پایه PCR و استفاده از مولکول‌های فلوروفور معدنی به‌عنوان نشانگر استوار است. این روش‌ها بنا به دلایلی از جمله طیف‌های جذبی و نشری وسیع و تجزیه ناهمگون مولکول‌های فلوروفور معدنی، دقت تشخیص بالایی ندارند. همچنین نیازمند تجهیزات پرهزینه و پیچیده هستند. امروزه روش‌های رایج تشخیص پروتئین‌ها عمدتاً بر اساس استفاده از ELISA طراحی شده است. در اینجا با وجود مشکلاتی مشابه حالت قبل، علاوه بر نیاز به تجهیزات زیاد برای تکثیر پروتئین‌هایی که در مقادیر کم هستند، یافتن روشی که با روش‌های معمولی مثل ELISA امکان‌پذیر نیست، ضروری است [6].
سنجش به‌وسیله بیوبارکد، روشی با دقت بسیار بالا در شناسایی پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلوئیک است. مولکول DNA زیست بارکددار شده حاوی الیگونوکلئوتیدهایی است که جهت ایجاد و تقویت سیگنال‌ها به‌وسیله نانوذرات باردار شده طلا نشان‌دار شده (AuMNPs) تا به این وسیله بتوان پروتئین و DNA هدف را از کل محتوای استخراج‌ شده از نمونه‌های گیاهی و بافت مشکوک به بیماری تشخیص داد.
الف) تشخیص DNA
در این روش ابتدا یک زنجیره DNA دو رشته‌ای با توالی دلخواه (Bar-Code DNA) طراحی و پس از فعال شدن، بر روی نانوذرات طلا نشانده می‌شود. همچنین رشته دیگری که مکمل بخشی از DNA هدف (آنچه قرار است در نمونه شناسایی شود) است، پس از فعال شدن بر روی نانوذره طلا تثبیت می‌شود. سپس اجازه هیبرید شدن رشته بارکد با DNA مکمل داده می‌شود. از طرفی رشته سوم DNA که مکمل بخش دیگری از DNA هدف است، پس از فعال شدن بر روی ذرات مغناطیسی تثبیت می‌شود. با قرار گرفتن این دو ذره در محلول، اگر DNA هدف وجود داشته باشد، حتی در مقادیر بسیار اندک، موجب اتصال این دو ذره به یکدیگر می‌شود. در مرحله بعد با توجه به خاصیت مغناطیسی ذره دوم، می‌توان آن‌ها را از محلول جدا کرد و بعد با استفاده از عواملی (مثل ترکیبات دناتوره‌کننده: ترکیباتی که ساختار اصلی و فعال مولکول‌های زیستی مانند DNA و پروتئین‌ها را تغییر می‌دهند) که دو رشته DNA را جدا می‌کنند، DNA بارکد را از مکمل آن جدا و شناسایی کرد. حتی می‌توان از ترکیباتی مثل نقره که حساسیت تشخیص را بالا می‌برند نیز استفاده کرد. به‌این‌ ترتیب مقادیر بسیار اندک از یک توالی DNA بدون نیاز به PCR قابل‌ شناسایی و حتی اندازه‌گیری است [6] (شکل 6).

filereader.php?p1=main_1679091c5a880faf6
شکل 6- شمایی ساده شده از روش شناسایی DNA هدف با استفاده از DNA بارکد

ب) تشخیص یا اندازه‌گیری پروتئین با استفاده از Bar-Code DNA
در این روش نیز همانند روش قبل، از یک توالی انتخابی و مکمل آن‌که بر روی نانوذرات طلا نشانده شده، استفاده می‌شود. همچنین آنتی‌بادی پلی کلونال (Polyclonal antibody) علیه پروتئین مورداندازه‌گیری بر روی این ذرات طلا تثبیت می‌شود. این آنتی‌بادی‌ها بر روی ذرات مغناطیسی نیز نشانده می‌شود. حال با وارد کردن این دو ذره در محلول حاوی پروتئین مورد نظر، پروتئین به آنتی‌بادی موجود در سطح هر دو ذره متصل شده و آن‌ها را به یکدیگر متصل می‌کند. پس از شستشو و حذف سایر مواد، با توجه به خاصیت مغناطیسی ذره دوم، می‌توان آن را از محلول جدا کرد و همانند روش قبلی، پس از جدا کردن رشته DNA بارکد از مکمل آن با استفاده از مواد دناتوره‌کننده DNA بارکد را، که نمادی از حضور پروتئین مورد نظر در نمونه است، شناسایی و اندازه‌گیری کرد. به‌این‌ترتیب مقادیر بسیار اندک پروتئین در نمونه قابل‌ شناسایی است [6].

3- نتیجه‌گیری
تجهیزات تشخیصی قابل‌ حمل بر پایه نانوذرات، حسگرهای DNA زیست بارکددار شده و نقاط کوانتومی کاربردهای بالقوه‌ای در شناسایی انواع پاتوژن‌های گیاهی و قارچ‌های مولد سم دارند. تا به امروز، ابزارهای تشخیصی سیار جهت شناسایی سریع بیماری‌های گیاهی توسعه داده‌ شده‌اند که همچنین می‌توانند برای جلوگیری از اپیدمی شدن آن‌ها نیز مورد استفاده قرار گیرند. این کیت‌های تشخیصی مبتنی بر نانو نه‌تنها باعث افزایش سرعت شناسایی پاتوژن می‌شوند، بلکه دقت و صحت تشخیص را نیز به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهند. دستگاه micro-PCR که با فراهم‌سازی تنها 40 سیکل از PCR و در کمتر از 6 دقیقه قادر به تشخیص پاتوژن است، مثال مناسبی در این زمینه است. در آینده‌ای نزدیک، دستگاه‌های در مقیاس نانو با جزئیاتی نوین سیستم کشاورزی هوشمندی را برای بشر به ارمغان خواهند آورد. از مزیت‌های این سامانه‌ها، تشخیص مشکلات گیاهان در حین رشد، قبل از بروز علائم ظاهری و گسترش است. در دهه پیش‌رو نانوابزارها می‌توانند با سرعتی هزاران بار بیشتر و بسیار ارزان در اختیار قرار گیرند. آینده ابزارهای تشخیص و مدیریت بیماری‌های گیاهی به سمت کوچک‌ترشدن چیپ‌ها و کاربرد هرچه بیشتر فناوری نانو در حرکت است.

منابـــع و مراجــــع

[1] Khiyami, M. A., Almoammar, H., Awad, Y. M., Alghuthaymi, M. A. & Abd-Elsalam, K. A. Plant pathogen nanodiagnostic techniques: forthcoming changes, Biotechnol. Equip. 28, 775–785 (2014).

[2] Abd-Elsalam, K. A. Nanoplatforms for plant pathogenic fungi management. Fungal Genom Biol 2 e107. doi (2012).

[3] Monis, P. T. & Giglio, S. Nucleic acid amplification-based techniques for pathogen detection and identification. Infect. Genet. Evol. 6, 2–12 (2006).

[4] Rai, M. & Ingle, A. Role of nanotechnology in agriculture with special reference to management of insect pests. Appl. Microbiol. Biotechnol. 94, 287–293 (2012).

[5] Fan, C. et al. Beyond superquenching: hyper-efficient energy transfer from conjugated polymers to gold nanoparticles. Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 6297–6301 (2003).

[6] سیده زهرا بطحایی، "نانوذرات در تشخیص‌های بالینی مولکول‌های زیستی (DNA) و پروتئین در بیماری‌ها"، پایگاه اینترنتی ستاد ویژه توسعه فناوری نانو http://nano.ir/index.php?ctrl=paper&actn=paper_view&id=2966〈=1