Pflanzen geben verschiedene flüchtige organische Verbindungen an ihre Umgebung ab, die überwacht werden können, um Pflanzenkrankheiten frühzeitig zu erkennen und Lebensmittelverluste zu verhindern.
Eine neue Forschungsstudie unter der Leitung der Hebräischen Universität Jerusalem (HU) und der israelischen Organisation für landwirtschaftliche Forschung (Volcani-Institut) beschreibt den Erfolg eines biologischen Sensors zur frühzeitigen Erkennung von versteckten Krankheiten in Kartoffelknollen, die mit 700.000 Tonnen pro Jahr eine der wichtigsten Exportindustrien Israels sind.
Israelische Landwirte importieren europäische Kartoffeln, um sie in Israel anzupflanzen. Ein gewisser Prozentsatz von ihnen trägt jedoch - sichtbar oder unsichtbar - Krankheiten in sich, die Fäulnis verursachen und die Qualität der Kartoffeln erheblich mindern. Die Allianz zwischen der Hebräischen Universität und Volcani ist dabei, dies zu ändern. Sie haben einen Sensor entwickelt, der Krankheiten erkennt und dazu verwendet werden kann, das Wachstum und die Ausbreitung der Fäulnis zu verhindern. Ihre Studie, die in der kommenden Ausgabe von Talanta veröffentlicht wird, wurde von Dr. Dorin Harpaz und ihrem Doktoranden Boris Veltman an der Fakultät für Landwirtschaft, Ernährung und Umwelt der HU unter der Leitung von Dr. Evgeni Eltzov vom Volcani-Institut durchgeführt. Das Team arbeitete mit Dr. Sarit Melamed und Dr. Zipora Tietel vom Volcani-Institut sowie mit Dr. Leah Tsror vom Gilat Research Center zusammen.
Der Sensor basiert auf intelligenter Biotechnik und Optik. Wenn der Sensor mit einer infizierten Kartoffel in Berührung kommt, leuchtet eine bakterielle Verbindung im Inneren auf, wobei die Stärke der Lumineszenz die Konzentration und Zusammensetzung der Fäule anzeigt. "Die Intensität des vom Bakterienpaneel abgegebenen Lichts ermöglicht es, die Merkmale der Krankheit, die der Sensor 'riechen' kann, schnell und quantitativ zu analysieren, bevor sichtbare Symptome auftreten", erklärt Eltzov. "Der von uns entwickelte Biosensor wird dazu beitragen, kranke Kartoffeln, die noch keine äußeren Anzeichen aufweisen, zu identifizieren und sie von gesunden Knollen fernzuhalten, um so zu verhindern, dass sich die Fäule entwickelt oder auf andere gesunde Pflanzen übergreift", fügte Harpaz hinzu.
Um das Bakterienpanel zu bilden, schuf das Team eine Verbindung aus vier gentechnisch veränderten Bakterien, die die biologische Toxizität messen. In dieser Studie wies der biologische Sensor die Krankheit nach, bevor es sichtbare Spuren gab, und brachte den optischen Sensor dazu, doppelt so hell zu leuchten wie die Sensoren in nicht infizierten Kartoffeln. Ihre Fähigkeiten wurden auch in einer früheren Studie demonstriert, in der die Sensoren verwendet wurden, um die Toxizität von künstlichen Süßstoffen in Sportergänzungsmitteln zu erkennen.
Den Forschern zufolge bietet die frühzeitige Entdeckung von Krankheiten - bevor die Kartoffeln auf ausländische Märkte exportiert oder neu angepflanzt werden - den Lebensmittelproduzenten einen erheblichen Vorteil. "Der biologische Sensor kann eingesetzt werden, um versteckte Fäulnis in Kartoffeln schnell und kostengünstig zu erkennen, ein besseres Nacherntemanagement zu ermöglichen und die Verschwendung von Lebensmitteln zu reduzieren - besonders wichtig angesichts der aktuellen globalen Nahrungsmittelkrise", schloss Harpaz.
(Hebräische Universität, 23.08.2022)