Los investigadores han desarrollado una nueva técnica que utiliza parches de microagujas para recolectar ADN de tejidos vegetales en un minuto, en lugar de las horas necesarias para las técnicas convencionales. La extracción de ADN es el primer paso para identificar las enfermedades de las plantas, y el nuevo método es prometedor para el desarrollo de herramientas de detección de enfermedades de las plantas in situ.
«Cuando los agricultores detectan una posible enfermedad de las plantas en el campo, como el tizón tardío de la papa, quieren saber de inmediato qué es lo que está sucediendo; la detección rápida puede ser importante para tratar las enfermedades de las plantas que se propagan rápidamente», dice Qingshan Wei, profesor adjunto de ingeniería química y biomolecular de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y autor corresponsable de un documento sobre el trabajo.
«Uno de los obstáculos para la detección rápida es la cantidad de tiempo que se necesita para extraer ADN de una muestra de planta, y nuestra técnica proporciona una solución rápida y sencilla a ese problema», dice Wei.
«Algunas enfermedades de las plantas tienen síntomas similares en las hojas, como el tizón tardío causado por el famoso patógeno de la hambruna irlandesa Phytophthora infestans, y el tizón de Phytophthora causado por una especie hermana, P. nicotianae», dice Jean Ristaino, Profesor Distinguido de Patología Vegetal de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y coautor del artículo. «El patrón oro para la identificación de enfermedades es un ensayo molecular. Nuestra nueva técnica es importante porque no se puede realizar un ensayo de amplificación o genotipado de cepas de P. infestans, o cualquier otra enfermedad de las plantas, hasta que se haya extraído el ADN de la muestra».
Típicamente, el ADN se extrae de una muestra de planta usando un método llamado extracción CTAB, que tiene que hacerse en un laboratorio, requiere mucho equipo, y toma por lo menos 3 a 4 horas. La extracción CTAB es un proceso de múltiples pasos que incluye desde la molienda de tejidos hasta disolventes orgánicos y centrífugas.
Por el contrario, la nueva técnica de extracción de ADN sólo incluye un parche de microaguja y una solución tampón acuosa. El parche tiene el tamaño aproximado de un sello postal y está hecho de un polímero de bajo costo. La superficie de un lado del parche está compuesta por cientos de agujas de sólo 0,8 milímetros de largo.
Un agricultor o investigador puede aplicar el parche de microagujas a una planta que sospecha que está enferma, mantener el parche en su lugar durante unos segundos y luego despegarlo. El parche se enjuaga con la solución tampón, lavando el material genético de las microagujas y poniéndolo en un recipiente estéril. Todo el proceso toma alrededor de un minuto.
«Es emocionante ver la nueva aplicación de la tecnología de parches de microagujas en la agricultura y la ciencia de las plantas», dice Zhen Gu, profesor de bioingeniería de la Universidad de California en Los Ángeles y coautor del artículo, quien desarrolló varios sistemas de administración de fármacos basados en microagujas para la salud humana.
«En las pruebas experimentales, encontramos que la técnica de la microaguja da lugar a niveles ligeramente más altos de impurezas en la muestra, en comparación con el CTAB», dice Wei. «Sin embargo, los niveles de pureza de la técnica de la microaguja eran comparables a los de otros métodos de extracción de ADN validados en laboratorio. Lo más importante es que encontramos que la ligera diferencia en los niveles de pureza entre las muestras de microaguja y CTAB no interfirió con la capacidad de analizar las muestras con precisión mediante una prueba PCR o LAMP».
«El hecho de que las microagujas extraigan un volumen de muestreo más pequeño no parece ser un problema», dice Rajesh Paul, estudiante de doctorado de NC State y primer autor del trabajo. «La técnica de la microaguja extrajo con éxito el ADN patógeno de todas las hojas de tomate infectadas recolectadas en el campo en una prueba ciega reciente.»
«La extracción de ADN ha sido un obstáculo importante para el desarrollo de herramientas de pruebas in situ», dice Wei. «Ahora estamos avanzando con el objetivo de crear un dispositivo integrado, de bajo costo y portátil que pueda realizar cada paso del proceso, desde tomar la muestra hasta identificar el patógeno y reportar los resultados de un ensayo».
El artículo «Extracción de ADN de plantas por el parche de microaguja para la detección rápida de enfermedades de las plantas» se publica en la revista ACS Nano. El trabajo fue escrito por Amanda Saville, gerente de laboratorio en el laboratorio de Ristaino; Jeana Hansel, estudiante de posgrado en NC State; Carmin Ball y Alyssa Williams, estudiantes de pregrado en NC State; Yanqi Ye, ex estudiante graduado del Departamento de Ingeniería Biomédica Conjunta de NC State y la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill; Xinyuan Chang, estudiante de pregrado de la Universidad de Tianjin que trabajó como investigador visitante en NC State; y Guojun Chen, investigador postdoctoral de UCLA.