Grüner Daumen mit kleinem Chip
Ein Chip-gestütztes Verfahren weist Pflanzenkrankheiten schnell, frühzeitig und vor Ort nach. Ernteausfälle in Milliardenhöhe könnten vermieden werden. Auf den diesjährigen Innovationstagen des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) präsentierte das Institut für Photonische Technologien (IPHT) im Rahmen eines Highlight-Vortrages das neue Verfahren.
Phytophthora (griechisch: die Pflanzenvernichtende) sind weit verbreitete Schadorganismen von Zier- und Kulturpflanzen. Diese pflanzenschädigenden Keime verursachen unter anderem den Eichentod, die Wurzelfäule bei Erdbeeren oder die Braunfäule an Kartoffeln. Zierpflanzen wie zum Beispiel Rhododendron sind ebenfalls anfällig. Die Verbreitung der Pflanzenkrankheit hat große ökologische, wirtschaftliche und umweltrelevante Bedeutung. Der geschätzte wirtschaftliche Schaden durch die Kartoffelfäule betrug 2009 mehr als sechs Milliarden Dollar weltweit. Wissenschaftler des IPHT, der BECIT GmbH (Halle), sowie des Julius Kühn-Institutes (Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen JKI, Braunschweig) stellten bei den Innovationstagen des BMELV ein Chip-gestütztes Detektionssystem vor, mit dem sie innerhalb kurzer Zeit feststellen können, ob eine Pflanze an Phytophthora erkrankt ist.
„Die bisherigen wenigen zugelassenen Nachweismethoden sind nur in spezialisierten Laboren durchführbar. Die Analysen sind teuer und können derzeit nur wenige Phytophthora-Arten identifizieren“, so Sandra Julich Doktorandin in der Arbeitsgruppe Nanobiophotonik des IPHT. Die Diplom-Ingenieurin entwickelte mit ihren Kollegen der Arbeitsgruppe Mikrofluidik das neuartige Nachweisverfahren. Derzeit können fünf verschiedene Phytophthora-Arten eindeutig voneinander unterschieden werden und es ist ein direkter Einsatz von Sporen sowie Blattmaterial der Pflanzen als Ausgangsmaterial möglich.
Der Test beruht auf dem Nachweis des Erbgutes (DNA) der Erreger. Auf einem kleinen Chip aus Glas wird zunächst deren DNA vervielfältigt und markiert. Im Anschluss erfolgt auf dem selben Chip der Nachweis der DNA mit Hilfe spezifischer Fängermoleküle. Ist die gesuchte DNA vorhanden, wird über eine enzymatische Reaktion Silber an entsprechenden Positionen des Glaschips abgeschieden. Dieser kann dann optisch oder elektrisch ausgelesen werden.
„Zukünftig soll das System weiter automatisiert und verkleinert werden. Die Vision ist ein kompakter Koffer, der alle für den Nachweis nötigen Komponenten enthält und mit auf das Feld oder in die Baumschule genommen werden kann. Zudem sollen weitere Arten des Erregers untersucht und die Nachweiszeit verkürzt werden“, so Julich.
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