Các nhà nghiên cứu của Đại học Tennessee Viện Nông nghiệp sẽ dẫn đầu một nỗ lực mới trị giá tới 7.5 triệu USD nhằm sử dụng các nhà máy để phát hiện các mối đe dọa từ môi trường đối với quân đội đã triển khai và giúp bảo vệ dân thường sống trong môi trường hậu xung đột.
Mục tiêu là đổi mới một nền tảng cảm biến mới, mang tính cách mạng.
Được trao tặng bởi các Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng Hoa Kỳ Cơ quan, còn được gọi là DARPA, trong chương trình Công nghệ Thực vật Tiên tiến, nỗ lực 4 năm sẽ kết hợp chuyên môn của các nhà sinh học thực vật, nhà hóa sinh và kỹ sư.
Các nhà nghiên cứu tại UT và Viện Công nghệ Massachusetts sẽ làm việc để sửa đổi cây khoai tây để phát hiện và báo cáo các mối đe dọa tiềm ẩn như chất độc thần kinh, bức xạ và mầm bệnh thực vật.
Công nghệ nhà máy tiên tiến DARPA (APT)
Chương trình Công nghệ Thực vật Tiên tiến (APT) tìm cách phát triển các nhà máy có khả năng phục vụ như công nghệ cảm biến dựa trên mặt đất, bền bỉ thế hệ tiếp theo để bảo vệ quân đội được triển khai và quê hương bằng cách phát hiện và báo cáo về hóa học, sinh học, phóng xạ, hạt nhân và chất nổ ( CBRNE) các mối đe dọa.
Các cảm biến sinh học như vậy sẽ không phụ thuộc vào năng lượng một cách hiệu quả, tăng tiềm năng phân phối rộng rãi của chúng, đồng thời giảm rủi ro liên quan đến việc triển khai và bảo trì các cảm biến truyền thống. Những công nghệ này cũng có thể hỗ trợ các hoạt động nhân đạo, chẳng hạn, bằng cách phát hiện vật liệu chưa nổ trong môi trường hậu xung đột.
Tầm nhìn kỹ thuật của DARPA đối với APT là khai thác các cơ chế bẩm sinh của thực vật để cảm nhận và phản ứng với các kích thích từ môi trường, mở rộng độ nhạy đó đối với một loạt các tín hiệu quan tâm, và thiết kế các cơ chế phản ứng kín đáo có thể được giám sát từ xa bằng cách sử dụng phần cứng dựa trên không gian.
Để thành công, APT phải đảm bảo rằng cây trồng biến đổi an toàn, mạnh mẽ và tự duy trì trong môi trường của chúng. Chương trình xoay quanh sự tiến bộ của công nghệ để thực hiện nhiều điều chế phức tạp đối với cây trồng mà không ảnh hưởng đến tính phù hợp với môi trường của chúng.
Mặc dù APT theo đuổi công nghệ để triển khai cuối cùng, nhưng nghiên cứu ban đầu được thực hiện hoàn toàn trong các cơ sở khép kín. Nếu nghiên cứu thành công, các thử nghiệm thực địa giai đoạn sau sẽ diễn ra dưới sự bảo trợ của Cơ quan Kiểm tra Sức khỏe Động thực vật của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ theo tất cả các quy trình tiêu chuẩn về an toàn sinh học thực vật.
nguồn: DARPANeal Stewart, giáo sư khoa học thực vật tại Đại học Nông nghiệp UT Herbert, người cũng giữ chức Chủ tịch Racheff về Di truyền phân tử thực vật, sẽ đóng vai trò là người điều tra chính của nỗ lực này.
Stewart nổi tiếng trong giới khoa học nhờ nỗ lực sử dụng các dấu hiệu di truyền để phát triển cây lính canh có thể phát hiện các vấn đề môi trường hoặc thiếu dinh dưỡng trong nỗ lực giúp nông dân tăng sản lượng. Ông cũng là đồng giám đốc của Trung tâm Sinh học Tổng hợp Nông nghiệp UTIA được thành lập gần đây.
CASB là cơ sở nghiên cứu đại học đầu tiên dành riêng cho việc sử dụng chỉnh sửa gen và các phương pháp sinh học tổng hợp khác để mang lại những cải tiến căn bản cho tính bền vững của nông nghiệp trồng trọt.
Scott Lenaghan, một trợ lý giáo sư tại Khoa Khoa học Thực phẩm, người cũng giữ một vị trí hỗ trợ tại Khoa Cơ khí, Hàng không và Y sinh UT là đồng giám đốc của CASB. Anh ấy sẽ đóng vai trò là trưởng nhóm dự án và tổng thể cho nỗ lực DARPA này.
Công việc tại UT sẽ chủ yếu tập trung vào kỹ thuật thực vật để cảm nhận và báo cáo các kích thích môi trường để tạo ra 'cây biết nói'. Stewart cho biết cây khoai tây được chọn cho nghiên cứu này vì nó là cây trồng dễ dàng nhất để thiết kế cả bộ gen chính và bộ gen nằm trong lục lạp.
Neil Stewart:
"Nó có tất cả các đặc điểm kỹ thuật và tăng trưởng sẽ tạo nên một 'cây biết nói' hiệu quả."
“Nghiên cứu sơ bộ của chúng tôi đã thuyết phục chúng tôi rằng khoai tây là cây trồng phù hợp cho dự án 'Phytosensors 2.0' này."
"Khoai tây thậm chí còn tạo ra một cơ quan lưu trữ tiện lợi - củ - là 'pin' của cây."
Các giảng viên khác tham gia vào dự án tại UT bao gồm Feng Chen, giáo sư bộ gen tại Khoa Khoa học Thực vật; Tessa Burch-Smith, một trợ lý giáo sư tại Khoa Hóa sinh và Sinh học Tế bào và Phân tử; và Howard Hall, một giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hạt nhân.
Những đóng góp của họ bao gồm từ kỹ thuật chống côn trùng đến giao tiếp từ rễ đến chồi, đến các thí nghiệm bức xạ, tất cả đều được thiết kế để hỗ trợ phát triển các cảm biến thực vật hiệu quả có thể tồn tại và phát triển.
Hợp tác với UT là các giáo sư Chris Voigt và Angela Belcher của Khoa Kỹ thuật Sinh học tại MIT. Họ mang đến chuyên môn và khả năng sinh học tổng hợp đẳng cấp thế giới cho nhóm.
John DiBenedetto, một nhà khoa học của Bộ Năng lượng, sẽ hỗ trợ dự án với thiết bị và chuyên môn về thiết bị cảm biến. Ông và Stewart đã hợp tác trong một số dự án phytosensor được công bố đầu tiên.
Trong khi trọng tâm của dự án này là phát triển các cảm biến thực vật cho quân đội, Stewart hy vọng rằng những tiến bộ đạt được thông qua việc này và những nỗ lực khác trong sinh học nông nghiệp tổng hợp cuối cùng sẽ tạo ra các loại cây trồng có thể cho nông dân biết chính xác những gì, ở đâu và khi nào họ gặp vấn đề với sâu bệnh , nước và chất dinh dưỡng trong ruộng của họ.
Neil Stewart:
“Dự án này rất thú vị liên quan đến việc chuyển những phát hiện của chúng tôi thành 'thiết bị' thực vật có thể giúp ích cho nông dân."
Phù hợp với các yêu cầu của DARPA, nghiên cứu ban đầu sẽ được tiến hành hoàn toàn trong các cơ sở khép kín với tất cả các tính năng an toàn sinh học tại chỗ.