Фото: із відкритих джерел
Дослідники Montana State University отримали майже $600 тис. гранту USDA на створення рішення, яке має автоматично виявляти небезпечні мікроорганізми в циркуляційній воді гідропонних ферм і виводити їх із системи до того, як вони спричинять втрати врожаю.
Про це повідомляє сайт Аграрії разом з посиланням на Hortidaily.
Троє науковців Montana State University (США) отримали майже 600 тис. доларів грантового фінансування від Міністерства сільського господарства США (USDA) для розробки системи, здатної автономно виявляти та видаляти з гідропонних установок мікроорганізми, що можуть знищувати посіви. Йдеться про контроль водних патогенів у замкнених або циркуляційних контурах, де зараження здатне швидко поширюватися на всю систему.
Керівником проєкту є Стівен Варнат (Stephan Warnat), співкерівниками — Крістін Форман (Christine Foreman) та Стефані МакКалла (Stephanie McCalla). У матеріалі зазначається, що гідропоніка особливо поширена для вирощування салатів, томатів, полуниці та зелені, але водночас має ризик появи токсичних водних патогенів.
За словами Варната, завдання проєкту — не просто «стерилізувати» систему, а утримувати патогени поза гідропонним контуром, дозволяючи корисним мікроорганізмам формуватися природно. Окремо наголошується на ролі біоплівок: корисні біоплівки можуть підтримувати живлення рослин, однак потрапляння патогенів у біоплівку здатне призвести до «катастрофічної події», тобто повної втрати врожаю.
«The goal with this project is to keep pathogens out of the hydroponic system while allowing beneficial microbes to develop naturally», — сказав Stephan Warnat.
Як працюватиме підхід: виявлення, захоплення і видалення
Команда описує триетапну логіку майбутньої системи — детекція, захоплення та видалення патогенів із гідропонної ферми. У публікації підкреслюється, що життєздатність технологій для кожного з етапів уже демонстрували раніше, а теперішня мета — поєднати їх в автоматизований процес захисту культур.
Технічні характеристики та параметри
- Детекція: електрохімічні сенсори для скринінгу шкідливих бактерій у воді до того, як вони зашкодять рослинам.
- Розпізнавання мішені: сенсори покривають аптамерами — короткими синтетичними ланцюжками ДНК або РНК, спроєктованими так, щоб згортатися у специфічну 3D-форму. Ця форма працює за принципом «замок—ключ» для захоплення патогенів.
- Сигнал сенсора: електрохімічний вихід сенсора змінюється залежно від концентрації патогену.
- Запуск «очищення»: при зміні сигналу передбачено вивільнення біорозкладних наночастинок, виготовлених переважно з хітозану (природний полімер), які інженерно адаптовані для захоплення бактерій.
- Цільові патогени (приклад): патогенні штами Escherichia coli.
- Механізм вилучення: після зв’язування хітозану зі шкідливими клітинами формується більший агломерат, який можна видалити штатним фільтраційним обладнанням гідропонної системи.
Що це означає для гідропонних господарств
У матеріалі наголошується, що в циркуляційних водних системах мікробні спільноти можуть розвиватися швидко, і за наявності патогенів ризик втрати врожаю зростає. Раннє виявлення та видалення шкідливих бактерій, за задумом авторів, має зменшити ймовірність того, що патоген «закріпиться» в системі, та водночас залишити простір для формування корисних мікробних біоплівок.
«Helpful biofilms can function as fertilizers… But you have to be careful which kind of biofilm is forming», — зазначив Stephan Warnat.
Фінансування та строки
Грант передбачає фінансування двох аспірантів (магістранта та докторанта) і діятиме до 30 квітня 2029 року.