Projekti / Programi
Razvoj enostavne in hitre metode za določanje rastlinskih povzročiteljev bolezni na terenu
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T490 |
Tehnološke vede |
Biotehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.01 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo |
rastlinski povzročitelji bolezni, biodiverziteta, določanje na terenu, NAIMA, karantenski organizmi, visoko zmogljivo sekvenciranje, diagnostični sistemi
Raziskovalci (11)
Organizacije (2)
Povzetek
Na seznamu karantenskih organizmov EU je že več kot 275 organizmov. Zaradi vpliva podnebnih sprememb in širitve trgovinskih mrež, lahko v naslednjih desetih letih pričakujemo znatno povečanje števila povzročiteljev bolezni na rastlinah. Ker se povzročitelji bolezni prilagajajo na kontrolne ukrepe in iščejo nove rezervoarje ter gostiteljske rastline, je za učinkovit nadzor potrebno nove gostiteljske rastline identificirati pravočasno.
Določanje povzročiteljev bolezni na rastlinah je pogosto najprej vizualno, sledi potrjevanje v laboratoriju in pregled stanja. Pred razvojem bolezenskih znamenj je povzročitelje bolezni možno odkriti le z ustreznimi laboratorijskimi metodami. Zanašanje na včasih dolgotrajna laboratorijska testiranja lahko povzroči velike zamude pri izvedbi ustreznih preventivnih ukrepov.
Na razpolago je malo detekcijskih metod uporabnih na terenu, pa še te so pogosto premalo občutljive, preveč zahtevne in predrage. Zato je potrebno razviti hitre, enostavne in zanesljive metode, ki bodo na terenu inšpektorjem in rastlinskim epidemiologom omogočale hitro določanje povzročiteljev bolezni in zgodnje odkrivanje novih gostiteljskih rastlin.
azvijali bomo nove molekularne metode, ki temeljijo na detekciji tarčnih zaporedij nukleinskih kislin in sicer metode za detekcijo posameznega tarčnega zaporedja in metode za sočasno detekcijo več tarčnih zaporedij. Sočasna detekcija omogoča hitro iskanje ali določitev širšega spektra rastlinskih povzročiteljev bolezni, medtem ko z detekcijo posameznih tarčnih zaporedij potrjujemo prisotnost določenega povzročitelja bolezni. V našem laboratoriju smo razvili detekcijsko metodo NAIMA (Morisset in sod.., 2008, Nucl. Acids Res., 36(18):e118), ki se je pri določanju gensko spremenjenih organizmov pokazala kot primerljiva z metodo PCR v realnem času. Prednost metode NAIMA je, da je izotermična in zato za izvedbo ne potrebujemo dragih aparatur. Primerna je tudi za sočasno detekcijo več tarčnih sekvenc. Razvili bomo metodo NAIMA za sočasno določanje več rastlinskih povzročiteljev bolezni na terenu in za hitro detekcijo posameznih tarčnih sekvenc v realnem času v kombinaciji s primernim prenosnim sistemom. Poleg že omenjenega bomo preizkusili nov sistem določanja nukleotidnega zaporedja (SOLiD) kot alternativno orodje za potrditev.
Cilj projekta je prenesti laboratorijska orodja za detekcijo na teren in zagotoviti, da bodo zanesljivi in natančni rezultati zlahka na voljo strokovnjakom in drugim uporabnikom na terenu. V projektu se bomo osredotočili na določanje tistih rastlinskih povzročiteljev bolezni, ki predstavljajo grožnjo za rastline ekonomsko pomembne za Slovenijo in Evropsko unijo kot sta rjava gniloba in obročkasta gniloba krompirja ali viroid vretenatosti krompirjevih gomoljev. Razvite metode in tehnike bo možno razviti tudi za druge rastlinske, človeške in živalske povzročitelje bolezni. Druga možna področja uporabe platforme so zdravje ljudi, veterina, epidemiologija človeških bolezni, kontrola hrane (npr. povzročitelji bolezni v hrani, GSO, nova hrana/prehranski dodatki).
V projektu bodo sodelovali specialisti za različna področja: rastlinska virologija, rastlinska bakteriologija, molekularna biologija in diagnostika mikroorganizmov, kar bo omogočilo interdisciplinaren pristop. Sofinancer Omega d.o.o. sledi hitro razvijajočim se metodam molekularne diagnostike (SOLiD). Imamo vso opremo, potrebno za izvedbo projekta. Na področju rastlinskih povzročiteljev bolezni in rastlinske molekularne biologije bomo razširili naše sodelovanje s pomembnimi evropskimi inštitucijami kot je Food and Environment Research Agency (FERA) (Dr. Neil Boonham) v Veliki Britaniji. Uporabili bomo znanje s področja biotehnologije, naše dolgoletne izkušnje na področju določanja GSO in dobro sodelovanje z inštitucijami, ki imajo izkušnje z diagnostičnimi sistemi, kot sta FERA (LFD) in Lumora Ltd. (prenosni sistem za določanje v realnem času in ekstrakcija DNA na terenu).
Pomen za razvoj znanosti
Rezultati projekta bodo pomembno vplivali za znanstvena področja diagnostike rastlinskih patogenov in epidemiologije, hkrati pa bodo doprinesli tudi k znanstvenim dognanjem na drugih področjih diagnostike, kjer bi bila uporaba izotermalne detekcije na terenu koristna. V molekularni diagnostiki, kot tudi na drugih sorodnih področjih, so trenutni trendi in zahteve osredotočene predvsem na zmanjšanje velikosti, enostavnost uporabe in visoko zmogljivost. Rezultat projekta predstavljajo nove metode določanja rastlinskih povzročiteljev bolezni (PSTVd in Ralstonia solanacearum): 1) metoda NAIMA, ki omogoča hkratno pomnoževanje DNA in RNA tarč in njihovo hkratno zaznavanje; 2) metoda LAMP, ki omogoča preprosto in hitro določanje prisotnosti patogena; 3) določanje prisotnosti patogena na podlagi podatkov pridobljenih z visoko zmogljivim določanjem nukleotidnih zaporedij nove generacije. Metode NAIMA in LAMP bodo epidemiologom omogočile, da s pomočjo terenskih izotermalnih molekularnih metod proučujejo obnašanje povzročiteljev bolezni (kot na primer, bakterijske združbe na polju) ter omogočile detekcijo in odkrivanje novih rezervoarjev povzročiteljev bolezni in gostiteljskih rastlin. Hkratno večtarčno pomnoževanje RNA in DNA tarč po metodi NAIMA, predstavlja dodatno prednost, saj je za določanje prisotnosti različnih tarč potrebna le ena reakcija. Razvita metoda je prva, ki se loti pomnoževanja RNA in DNA v enem koraku pri izotermalnih pogojih in bo tudi predvidoma visoko citirana. Metode LAMP in NAIMA so obenem zelo preproste in ne zahtevajo zapletene opreme, zato jo bodo lahko na terenu uporabljale tudi osebe brez posebnega tehničnega znanja. Te metode zaradi hitrosti in preprostosti omogočajo tudi precejšnjo cenovno učinkovitost, kar bo posledično vplivalo tudi na razvoj novih metodologij. Prikazana uporabnost visoko zmogljivih metod za določanje nukleotidnega zaporedja bo zagotovila novo alternativno orodje za detekcijsko nukleinskih kislin in lahko postane mejnik na področju diagnostike rastlinskih patogenov, saj naj bi visoko zmogljivo določanje nukleotidnega zaporedja v bližnji prihodnosti postalo bolj dostopno. Poleg zgoraj navedenih področij raziskav, bo rezultat predlaganega projekta prispeval tudi k razvoju drugih področij, kjer bi bila potrebna metoda hkratnega pomnoževanja DNA in RNA ter kjer so zaželjene uvedbe preprostih terenskih molekularnih metod. Takšna raziskovalna področja so okoljska virologija in bakteriologija, diagnostika GSO, diagnostika človeških in živalskih bolezni, študije epidemiologije na ljudeh/živalih in druge. Vsi rezultati bodo tako uporabni za širok spekter raziskovalnih področij.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati projekta bodo imeli neposreden vpliv na gospodarstvo in družbo Republike Slovenije, saj smo dosegli namen izboljšanja zgodnjega odkrivanja (in torej izkoreninjenje) karantenskih škodljivih organizmov, ki predstavljajo resnično gospodarsko in ekološko grožnjo za slovensko kmetijstvo, kot tudi v Evropski uniji in po svetu. Rezultat projekta so nove diagnostične metode, ki so zanesljive in hitre, hkrati pa tudi enostavne in cenovno ugodne. S pomočjo teh metod bo zgodnje odkrivanje in potrjevanje rastlinskih povzročiteljev bolezni zelo pomagalo pri oblikovanju pravočasnih in učinkovitih ukrepov za varstvo rastlin, kar zmanjšuje socialno-ekonomski učinek zaradi grožnje rastlinskih patogenov. Koristi od rezultatov projekta bodo imele naslednje interesne skupine: • inšpekcijske službe in združenje za varstvo rastlin (z zmanjšanjem stroškov in časa analiz) • pridelovalci in gojitelji rastlinskega materiala (boljše in hitrejše odkrivanje prepreči širjenje povzročiteljev bolezni) • izvozniki / uvozniki (manj zamud za trgovino) • družba (preprečevanje bolezni, ki uničujejo rastline in okolje). Poleg tega, bodo rezultati tega projekta koristni za rastlinske epidemiologe, saj smo razvili nova in cenejša orodja za odkrivanje novih rezervoarjev povzročiteljev bolezni, ter za študij interakcij rastlina - patogen. S tem bodo le-ta v pomoč epidemiologom pri zaščiti slovenske naravne rastlinske raznolikosti. Zaradi dolgoletnega sodelovanja z različnimi slovenskimi interesnimi skupinami, bo Oddelek za biotehnologijo in sistemsko biologijo promoviral v projektu razvita orodja, ter spodbujal njihovo uporabo v različnih interesnih skupinah za varstvo rastlin in na področju rastlinske epidemiologije v Republiki Sloveniji in v tujini, saj rastlinski patogeni predstavljajo globalno grožnjo za kmetijstvo in trgovino z rastlinami. Poleg tega je vključitev podjetja OMEGA d.o.o, kot partnerja v projektu, dodaten primer pomena tesnega sodelovanja in izmenjave znanja med slovenskimi biotehnološkimi podjetji in raziskovalnimi organizacijami. To je strategija, ki se na NIBu smatra kot bistveno pomembna za optimalen nacionalen R & R razvoj. Dobljeni rezultati lahko, z razširitvijo uporabe na druga področja v slovenskem omrežju raziskav in razvoja, privabijo nove uporabnike tehnologije. To bo prispevalo k nadaljnjemu razvoju dejavnosti podjetja OMEGA d.o.o v Republiki Sloveniji. Ne nazadnje, aplikacije in koristi rezultatov projekta niso omejene samo na področje varstva in epidemiologije rastlin, saj so hitre in cenovno ugodne metode odkrivanja potrebne na številnih področjih družbeno-ekonomskega pomena, kot je diagnostika in epidemiologija v veterini in zdravstvu, varnost hrane, bio-varnost. Združitev moči in spretnosti raziskovalcev, tako iz skupine diagnostikov GSO in iz skupine diagnostikov rastlinskih povzročiteljev bolezni, z zelo dragocenim strokovnim znanjem naših mednarodnih sodelavcev ter z visoko tehnologijo, ki jo zagotavlja OMEGA d.o.o, je pripomogla k rezultatu zelo visoke kakovosti, ki zagotavlja ugled slovenske znanosti kot ene od vodilnih v terenski diagnostiki in uporabni biotehnologiji. Preko znanstvenih publikacij in aplikacij se bodo slovenska znanost in visoko tehnološka podjetja promovirala v svetu. Poleg tega, se bodo lahko razvita cenovno ugodna in enostavna diagnostična orodja, razširila in uporabljala v državah v razvoju, kjer sedanja visoka tehnologija ni dostopna. V tem smislu bo imel projekt tudi bolj dolgoročen pozitiven učinek na promocijo slovenske znanosti.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
