ננוטכנולוגיה לשירות שיפור משמעותי ביבול הגידולים החקלאיים

טכנולוגיה שפותחה בטכניון צפויה להגדיל משמעותית את תנובתם של גידולים חקלאיים. זאת באמצעות פלטפורמות הסעה ננומטריות ששימשו עד כה לצרכים רפואיים

תנועת החלקיקים מהעלה לשורש. כדי לעקוב אחר הליפוזומים הם סומנו באמצעות צבען פלורוסנטי (נקודות ירוקות) וצולמו במיקרוסקופ במשך 96 שעות. ב-72 השעות הראשונות החלקיקים נצברו בתאי השורש, ועד תום 96 השעות הם התפרקו ושחררו את המטען בתאים. למטה: תמונות של השורש אחרי 72 שעות. בצילום השמאלי נראים גרעיני התאים של השורש (נקודות אדומות), בצילום האמצעי – פיזור החלקיקים החקלאיים (נקודות ירוקות), ובצילום הימני – החפיפה ביניהם. בצילום ובגרף מימין: גודל החלקיקים נמדד באמצעות פיזור אור דינמי.

חוקרים בטכניון פיתחו טכנולוגיה חדשנית להחדרת חומרי הזנה לצמחים. המחקר התפרסם בכתב העת Scientific Reports והוצג בNature Press-. הטכנולוגיה החדשנית מגדילה את שיעור החדירה של חומרי ההזנה לתוך הצמח מ-1% לכ-33%. היא מבוססת על פלטפורמות הסעה ננומטריות ששימשו עד כה להעברת תרופות ליעדים בגופו של האדם החולה.

העברה מדויקת של תרופות באמצעות פלטפורמות ננומטריות היא גישה חדשה יחסית במחקר הרפואי. גישה זו עומדת במרכז פעילותה של המעבדה לתרופות ממוקדות מטרה וטכנולוגיות רפואה אישית בפקולטה להנדסת כימית ע"ש וולפסון בטכניון. המחקר הנוכחי, המציג הסבה של טכנולוגיה זו לתחום החקלאות, נערך על ידי ראש המעבדה פרופ'-משנה אבי שרודר והמסטרנט אבישי קרני. לדברי פרופ'-משנה שרודר, "הגידול המתמיד באוכלוסיית העולם מצריך טכנולוגיות חקלאיות יעילות יותר, שיניבו מזון רב יותר ובריא יותר ויפחיתו את הנזק הסביבתי. המחקר הנוכחי מספק דרך חדשה להחדיר את חומרי ההזנה החיוניים לצמח מבלי שיזיקו לסביבה."

כל ליפוזום (בועה בצבע תכלת) הוטען בחלקיקים של ברזל ומגנזיום. הליפוזומים שרוססו על העלים חדרו לתוכם, התפזרו בכל חלקי הצמח ופרקו את המטען בתוך התאים.
החוקרים הטעינו את חומרי ההזנה על ליפוזומים – שלפוחיות כדוריות המיוצרות במעבדה ועשויות ממעטפת שומנית ובתוכה חומרי ההזנה הנדרשים. חלקיקים אלה יציבים בסביבה המימית של הגוף (או הצמח) וביכולתם לחדור לתוך התא. יתר על כן, חוקרי הטכניון יודעים "לתכנת" אותם כך שיתפרקו וישחררו את המטען בדיוק במקום ובזמן הרצוי, כלומר בתוך התא בלבד. ההתפרקות מתרחשת על סמך רמת החומציות של הסביבה או באמצעות גירוי חיצוני כגון גלי אור או חום. ראוי לציין שהמולקולות המרכיבות את החלקיקים מופקות מצמח הסויה ולכן מאושרות ובטוחות למאכל על ידי בני אדם ובעלי חיים.

בניסוי הנוכחי השתמשו החוקרים בליפוזומים בקוטר 100 ננומטר להחדרה של חומרי הזנה – ברזל ומגנזיום – לשיחי עגבניה צעירים ובוגרים. הם הראו כי הליפוזומים, שרוססו על העלים בתוך תמיסה, אכן חדרו לתוכם והגיעו לעלים אחרים ולשורשים. רק כשחדרו לתוך תאי השורש הם התפרקו ושחררו את חומרי ההזנה. כאמור, טכנולוגיה זו הגדילה את שיעור החדירה של החומרים לצמח מכ-1% לכ-33%.

לצד הדגמת היעילות הגבוהה לעומת שיטות ריסוס סטנדרטיות התייחסו החוקרים גם למגבלות רגולטוריות הקשורות להתפזרות של חלקיקים נדיפים. "הליפוזומים המהונדסים שלנו יציבים רק במרחק התזה קצר, עד 2 מטרים," מסביר פרופ'-משנה שרודר. "אם הם נעים באוויר למרחק רב יותר הם מתפרקים לחומרים בטוחים (פוספוליפידים). אנחנו מקווים שהצלחת הניסוי שלנו תוביל להרחבת המחקר ולפיתוח יישומים חקלאיים דומים, שיגבירו את התנובה החקלאית בצמחים שונים."

למאמר המדעי