Investigadores del Instituto de la Universidad de Tennessee de Agricultura liderará un nuevo esfuerzo por un valor de hasta $ 7.5 millones para usar plantas para detectar amenazas ambientales a las tropas desplegadas y ayudar a proteger a los civiles que viven en situaciones posteriores a un conflicto.
El objetivo es innovar una nueva plataforma de sensores revolucionaria.
Otorgado por los Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. Agency, también conocido como DARPA, bajo su programa Advanced Plant Technologies, el esfuerzo de 4 años combinará la experiencia de biólogos, bioquímicos e ingenieros de plantas.
Los investigadores de la UT y el Instituto de Tecnología de Massachusetts trabajarán para modificar las plantas de papa para detectar e informar amenazas potenciales como agentes nerviosos, radiación y patógenos de plantas.
Tecnologías avanzadas de plantas de DARPA (APT)
El programa Advanced Plant Technologies (APT) busca desarrollar plantas capaces de servir como tecnologías de sensores terrestres persistentes de próxima generación para proteger a las tropas desplegadas y la patria mediante la detección e información sobre sustancias químicas, biológicas, radiológicas, nucleares y explosivas ( CBRNE) amenazas.
Dichos sensores biológicos serían efectivamente independientes de la energía, lo que aumentaría su potencial para una amplia distribución, al tiempo que reducirían los riesgos asociados con el despliegue y el mantenimiento de los sensores tradicionales. Estas tecnologías también podrían apoyar las operaciones humanitarias, por ejemplo, detectando artefactos explosivos sin detonar en situaciones posteriores a un conflicto.
La visión técnica de DARPA para APT es aprovechar los mecanismos innatos de las plantas para detectar y responder a los estímulos ambientales, extender esa sensibilidad a una variedad de señales de interés y diseñar mecanismos de respuesta discretos que se puedan monitorear de forma remota utilizando el suelo, el aire o hardware basado en el espacio.
Para tener éxito, APT debe garantizar que las plantas modificadas sean seguras, robustas y autosuficientes en sus entornos. El programa depende del avance de las tecnologías para realizar modulaciones múltiples y complejas en las plantas, sin sacrificar su aptitud ambiental.
Aunque APT busca tecnología para un eventual despliegue, la investigación inicial se lleva a cabo íntegramente en instalaciones confinadas. Si la investigación tiene éxito, las pruebas de campo de fase posterior se llevarían a cabo bajo los auspicios del Servicio de Inspección de Sanidad Animal y Vegetal del Departamento de Agricultura de EE. UU. Siguiendo todos los protocolos estándar para la bioseguridad de las plantas.
Fuente: DARPANeal Stewart, profesor de ciencias de las plantas en la Facultad de Agricultura de UT Herbert que también ocupa la Cátedra Racheff de Excelencia en Genética Molecular de Plantas, será el investigador principal principal del esfuerzo.
Stewart es bien conocido en los círculos científicos por sus esfuerzos por utilizar marcadores genéticos para desarrollar plantas centinela que pueden detectar problemas ambientales o deficiencias nutricionales en un esfuerzo por ayudar a los agricultores a aumentar los rendimientos. También es codirector del recientemente formado Centro UTIA de Biología Agrícola Sintética.
CASB es la primera instalación de investigación universitaria dedicada al uso de la edición de genes y otros métodos de biología sintética para aportar mejoras radicales a la sostenibilidad de la agricultura de cultivos.
Scott Lenaghan, profesor asistente en el Departamento de Ciencias de los Alimentos que también ocupa un puesto adjunto en el Departamento de Ingeniería Mecánica, Aeroespacial y Biomédica de UT, es codirector de CASB. Él servirá como líder del proyecto y del equipo en general para este esfuerzo de DARPA.
El trabajo en UT se centrará principalmente en la ingeniería de plantas para detectar y reportar estímulos ambientales para hacer 'plantas parlantes'. Stewart dice que la planta de papa fue elegida para este estudio porque es la planta de cultivo más fácil de manipular tanto el genoma principal como el que se encuentra en los cloroplastos.
Neal Stewart:
"Tiene todas las características de ingeniería y crecimiento que la convertirán en una 'planta parlante' eficaz".
“Nuestra investigación preliminar nos convenció de que la papa es el cultivo adecuado para este proyecto 'Phytosensors 2.0'”.
"La papa incluso es un órgano de almacenamiento conveniente, el tubérculo, que es la 'batería' de la planta".
Otros miembros de la facultad involucrados en el proyecto en UT incluyen a Feng Chen, profesor de genómica en el Departamento de Ciencias Vegetales; Tessa Burch-Smith, profesora asistente en el Departamento de Bioquímica y Biología Celular y Molecular; y Howard Hall, profesor del Departamento de Ingeniería Nuclear.
Sus contribuciones van desde la ingeniería de resistencia a los insectos hasta la comunicación de raíz a brote, pasando por experimentos de radiación, todos diseñados para apoyar el desarrollo de sensores de plantas efectivos que puedan sobrevivir y prosperar.
En asociación con UT, están los profesores Chris Voigt y Angela Belcher del Departamento de Ingeniería Biológica del MIT. Aportan al equipo experiencia y capacidades de biología sintética de primer nivel.
John DiBenedetto, científico del Departamento de Energía, apoyará el proyecto con equipos y experiencia en equipos de detección. Él y Stewart colaboraron en algunos de los primeros proyectos de fitosensores publicados.
Si bien el enfoque de este proyecto es el desarrollo de sensores de plantas para el ejército, Stewart espera que los avances obtenidos a través de este y otros esfuerzos en biología agrícola sintética eventualmente resulten en cultivos que puedan decirles a los agricultores exactamente qué, dónde y cuándo tienen problemas con las plagas. , agua y nutrientes en sus campos.
Neal Stewart:
"Este proyecto es muy emocionante en lo que respecta a traducir nuestros hallazgos en 'dispositivos' de plantas que pueden ayudar a los agricultores".
De acuerdo con los requisitos de DARPA, la investigación inicial se llevará a cabo en su totalidad en instalaciones contenidas con todas las características de bioseguridad en su lugar.