محققان RIKEN با موفقیت مواد ژنتیکی را به داخل سلول‌های گیاهی که انرژی تولید می‌کنند وارد کرده‌اند، که این موضوع امکانی را فراهم می‌کند تا گیاهان را وادار به تولید ترکیبات مفید برای صنعت کرد.
نانولوله‌ها DNA را وارد میتوکندری گیاه کردند
توانایی اصلاح ژنتیک گیاهی برای افزایش تولید غذا برای تغذیه مردم کره زمین بسیار مهم خواهد بود زیرا پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۵۰ تقریباً ۱۰ میلیارد نفر روی کره زمین زندگی کنند.
همچنین پیش بینی می‌شود که گیاهان به کارخانه‌های زیستی تبدیل شوند که مواد شیمیایی مفیدی مانند دارو و سوخت تولید کنند.
سایمون لاو، از مرکز علوم منابع پایدار، RIKEN می‌گوید: «گیاهان را می‌توان طوری مهندسی کرد که علاوه بر مواد غذایی، مواد دیگری مانند مواد شیمیایی مختلف، مواد دارویی و پروتئین‌های نوترکیب تولید کنند. این واقعیت که شما می‌توانید از گیاهان برای ساختن چیزهای مختلف استفاده کنید، زیست‌فناوری را به یک زمینه امیدوارکننده تبدیل می‌کند.»
وارد کردن مواد ژنتیکی به سلول‌های گیاهی یکی از روش‌های “برنامه ریزی مجدد” است. با این حال، چنین کاری دشوار است زیرا دیواره سلولی ضخیم بسیاری از مولکول‌های زیستی را مهار می‌کند.
نانولوله‌های کربنی که لوله‌های پیچیده‌شده از گرافن با قطر تنها چند نانومتر هستند، به اندازه‌ای نازک‌اند که از دیواره‌های سلولی عبور کنند. با این حال، زمانی که نانولوله‌های کربنی وارد سلول گیاهی شوند، توانایی محدودی برای هدف قرار دادن میتوکندری، اندامک حیاتی مسئول تولید انرژی و تشکیل و تجزیه ترکیبات مختلف دارند.
لاو خاطرنشان کرد: «گذراندن مواد از دیواره سلولی، غشای سلولی و سپس عبور از غشای میتوکندری دشوار است و قبلاً با کارایی بالا به دست نمی‌آمد.»
اکنون، لاو، کیجی نوماتا، از CSRS، از نانولوله‌های کربنی برای رساندن قطعات DNA به میتوکندری‌های گیاهی استفاده کرده‌اند. آن‌ها این کار را ابتدا با پوشاندن نانولوله‌های کربنی با یک لایه پلیمری انجام دادند که ترکیب پپتیدها را که زنجیره‌های کوتاهی از اسیدهای آمینه هستند، ممکن کرد. نانولوله‌های کربنی توانستند میتوکندری‌ها را با کمک پپتیدها هدف قرار دهند.
محققان کارایی انتقال DNA به میتوکندری را در مقایسه با تلاش‌های قبلی که از پپتیدها با کونژوگه کردن پپتیدها روی نانولوله‌های کربنی استفاده می‌کردند، ۳۰ برابر بهبود بخشیدند که رقم حیرت‌انگیزی است.
لاو می‌گوید: «اولین باری که آزمایش را انجام دادم، به نتایج آن شک کردم زیرا به نظر می‌رسید که آن‌ها بیش از حد معقول باشند. اما بعد از چند بار تکرار و به دست آوردن نتایج مشابه، اعتماد به نفس بیشتری پیدا کردم.»
محققان از این رویکرد برای وارد کردن ژنی استفاده کردند که رشد گیاه را تسریع می‌کند و کارایی روش را نشان می‌دهد. سایر کاربردهای بالقوه این فناوری، شامل تسریع عملیات پرورش و اصلاح مسیرهای متابولیک برای تولید ترکیبات با ارزش تجاری است.
علاوه بر این، هدف قرار دادن اندامک‌های مختلف در سلول‌های گیاهی با تغییر پپتیدهای پوشش داده شده روی نانولوله‌ها باید امکان‌پذیر باشد.
