Biosensorer övervakar växters välmående i realtid

Forskare vid Linköpings universitet har utvecklat biosensorer som gör det möjligt att övervaka sockernivåerna i växters vävnad i realtid – något som hittills inte varit möjligt. Informationen från sensorerna skulle kunna hjälpa jordbruket att anpassa produktionen för att klara klimatförändringarna. Resultaten publiceras nu i iScience.

Majoriteten av jordens befolkning livnär sig i första hand på växter som också utgör basen för hela det ekosystem vi är beroende av. Samtidigt blir vi fler människor och snabba klimatförändringar ändrar förutsättningarna för odling och jordbruk.

– Vi måste säkerställa tillgången på mat de kommande decennierna. Och det måste vi göra med samma, eller till och med mindre resurser än i dag. Därför är det viktigt att förstå hur växter reagerar på, och anpassar sig till förändringar i livsmiljön, säger Eleni Stavrinidou, biträdande professor vid Laboratoriet för organisk elektronik på institutionen för teknik och naturvetenskap vid Linköpings universitet, LiU.

Forskargruppen vid LiU, ledd av Eleni Stavrinidou, har tillsammans med Totte Niittyläs forskargrupp vid Umeå Plant Science Centre, utvecklat sensorer som är baserade på organiska elektrokemiska transistorer. Biosensorerna kan implanteras i växter och kontinuerligt mäta sockernivån i upp till två dagar för att ge information om tillväxt och andra biologiska processer. Socker är energikällan i växter, men också viktiga signalsubstanser som påverkar utveckling och växtens respons på förändringar i livsmiljön.

Biosensorer som håller koll på sockernivån hos människor finns redan på marknaden i form av blodsockermätare som främst används av diabetiker. Men samma typ av teknik har hittills inte tillämpats på växter.

– Just nu används sensorerna för grundforskning på växter men i framtiden kan de användas inom jordbruket för att optimera förutsättningarna för tillväxt eller övervaka kvalitén på produkten. På sikt kan informationen också användas för att ta fram nya växtslag som växer under icke-optimala förhållanden, säger Eleni Stavrinidou.

Regleringen av växternas ämnesomsättning och hur sockernivåernas variation påverkar tillväxten är fortfarande relativt okänt. Tidigare försök har gjorts med metoder där delar av växten skärs bort för att undersökas. Men med hjälp av den nyutvecklade biosensorn kan forskarna få information utan att skada växten och därmed lägga ytterligare en bit till pusslet om växternas ämnesomsättning.

– I våra försök hittade vi en variation i sockernivåer hos träd som inte hade observerats tidigare. Framtida studier kommer fokusera på att försöka förstå hur växternas sockernivå ändras när de utsätts för förändringar i livsmiljön, säger Eleni Stavrinidou.

Projektet finansierades av EU:s ramprogram för forskning och innovation Horizon 2020 samt Wallenberg Wood Science Center, Stiftelsen för Strategisk Forskning, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Vetenskapsrådet och via den svenska strategiska satsningen på nya funktionella material, AFM, som bedrivs vid Linköpings universitet.

Artikeln: Diurnal in Vivo Xylem Sap Glucose and Sucrose Monitoring Using Implantable Organic Electrochemical Transistor Sensors Chiara Diacci, Tayebeh Abedi, Jeewoong Lee, Erik O. Gabrielsson, Magnus Berggren, Daniel T. Simon, Totte Niittylä, Eleni Stavrinidou iScience 2020 doi: 10.1016/j.isci.2020.101966

Kontakt: Eleni Stavrinidou, biträdande professor, 011-36 33 52, eleni.stavrinidou@liu.se

Fotnot: Växten som används i försöken är asp (Populus tremula)