Nanobioničke biljke


Svaka jagoda ima svoj izvanredan ukus, ali, da li bismo u jagode mogli da ugradimo male uređaje koji bi im pomogli da proizvedu još mnogo više slatkih i sočnih jagoda?

 

S obzirom na to da sva hrana dolazi direktno ili indirektno od biljaka, neophodno je razviti tehnologije koje će razumeti i unaprediti biljke. Da li nanotehnologija, jedna od najatraktivnijih tehnologija današnjice, može tu da nam pomogne?

 

Jedan od osnovnih ciljeva održive poljoprivrede jeste uzgoj biljaka sa visokim procentom fiksiranog ugljen dioksida i efikasnom upotrebom vode. Naime, najvažniji enzim, RuBisCO, čija je uloga da transformiše atmosferski ugljen dioksid i vodu u organske molekule, ne razlikuje baš najbolje molekule ugljen dioskida od molekula kiseonika i stoga koristi oba. C3 biljke, grupa biljaka u koju spada većina useva, imaju RuBisCO enzim koji je sporiji, ali zahvaljujući tome ima bolju selektivnost. Posledica toga je da je neophodno povećati asimilaciju ugljen dioksida u blizini RuBisCO enzima da bi se povećao prinos.

 

S druge strane, ograničenost vodenih resursa je glavna globalna prepreka za produktivnost biljaka, a vrlo je verovatno da će ta prepreka postati još ozbiljnija usled klimatskih promena. Stoga, bez obzira na to koliko napredni sistemi za navodnjavanje se koriste, oni ne mogu biti dovoljno efikasni ako se ne poveća efikasnost upotrebe vode unutar same biljke, odnosno, ako se ne poveća količina ugljenika koja se dobija po jedinici količine upotrebljene vode.

 

Ali, kako je moguće poboljšati biohemijsku mogućnost asimilacije ugljen dioskida i efikasnost upotrebe vode unutar samih biljaka?

Moguće je poboljšati oba svojstva biljke upotrebom genetskog inženjeringa. Ali, postoje li alternativne tehnologije za optimizaciju biljaka? Ideja koja obećava, a koju mi u Institutu BioSens razvijamo, jeste da se unutrašnji sistem biljke unapredi nanomaterijalima. Iako je ideja inženjeringa živih biljaka pomoću nanomaterijala i dalje vrlo apstraktna, istraživači Instituta BioSens rade na razvoju tehnologija koje bi mogle da budu alternativa genetskom inženjeringu. Inženjering biljaka na osnovu implementiranih nanouređaja koji će povećati efikasnost mehanizma fotosinteze i upotrebu vode unutar samih biljaka predstavlja dugoročnu viziju koja zahteva razvoj novih biomaterijala, sveobuhvatnu analizu interakcije između biomaterijala i živih biljaka, nove mehanizme koji će omogućiti nanouređajima da budu transportovani i implementirani unutar živih biljaka i njihovih organela, istraživanja u vezi sa potrebnim mehaničkim i električnim svojstvima, i još mnogo toga.

 

Pored toga što predstavlja doprinos održivoj poljoprivredi, ovaj pristup omogućava transformisanje biljaka u žive senzorske platforme za razne zagađivače okoline, ili platforme za regulaciju fiziologije biljaka ili skladištenje energije. Sve u svemu, projektovanje nanoelektronskih uređaja na bazi biomaterijala otvara nove puteve za unapređenje postojećih funkcija biljaka, kao i kreiranje novih.