Selectarea și proiectarea biostimulanților folosind senzori electrochimici și bioanaliza fluorescentă: umplând golul dintre industrie și știință
BioScreen
PN-III-P1-1.1-PD-2021-0798 (116PD/2022)
Biostimulatorii reprezintă orice micro-organisme sau orice substanțe aplicate pe plante care cresc eficiența nutriției plantei prin creșterea randamentului culturii de plante, stimularea metabolismului plantei sau reducerea impactului stresului asupra plantei. Acest proiect a creat o metodă prin care fermierii, producătorii de tratamente pentru plante sau alte părți interesate, pot să selecteze, să proiecteze sau să folosească biostimulatorii într-o manieră mai rapidă și mai eficientă decât metodele clasice de determinare a eficienței (precum testele optice de evaluare a masei acumulate sau culoarea plantelor). Metoda este bazată pe detecția Speciilor Reactive de Oxigen (ROS), specii ce sunt responsabile pentru stresul oxidativ și deteriorarea ireversibilă a moleculelor și celulelor plantelor, în momentele în care plantele suferă din cauza factorilor externi drastici (precum seceta, inundația sau poluarea cu metale grele, numite stres abiotic; sau atacul diferitelor insecte dăunătoare sau a altor patogeni precum bacterii sau virusuri, numite stres biotic). Eficiența unor tratamente pentru plante (precum biostimulatorii, cel mai emergent tratament pentru plante) este corelată cu eficiența acestuia de a ține sub control concentrațiile de ROS. Determinarea acestor specii devine esențială pentru măsurarea eficienței biostimulatorilor.
Dezvoltarea empirică în industria biostimulatorilor a creat o lipsă între rezultatele pozitive obținute în creșterea plantelor și cunoștințele științifice despre modul/mecanismul de acțiune al acestor biostimulatori ce favorizează creșterea plantelor.
Scopul proiectului
Scopul proiectului BioScreen este de a face screening/evaluare inițială de biostimulatorilor cu o metodă bazată pe senzori electrochimici modificați selectiv pentru speciile reactive de oxigen/azot – ROS/RNS (în special pentru peroxinitrit, PON), deoarece aceste specii oxidative modulează creșterea plantelor. Confirmarea și validarea acestei metode va duce la crearea unei metode analitice pentru selectarea rapidă și eficientă a biostimulatorilor, o metodă în acord cu atenuarea schimbărilor climatice, cu compensarea cererii crescute pentru hrană, cu atenuarea pierderii culturilor și cu bioeconomia.
Autoritate contractantă: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării
Perioada de implementare: 15/05/2022-31/05/2024
Buget: 250.000 lei
Director proiect: Dr. Chim. Ioana Silvia Hosu
Mentor: Dr. Habil. Florin Oancea
Acest proiect propune folosirea biosenzorilor specifici pentru peroxinitrit pentru evaluarea inițială
și selecția diferitelor compoziții biostimulatoare, precum și validarea (predominant prin metode fluorescente) și confirmarea compozițiilor selectate cu bioteste pe plante (pentru studierea rezistenței la săruri, acumularea biomasei/metaboliților secundari, fotosinteză îmbunătățită, activitate antioxidantă îmbunătățită etc.).
Lipsa unei strategii în proiectarea biostimulatorilor trebuie considerată de comunitatea științifică. Amorsarea biochimică este una din mecanismele propuse în modul de acțiune al biostimulatorilor și implică creșterea toleranței la specii reactive de oxigen/azot (cum ar fi peroxinitritul) în condiții de stres abiotic. Studierea și selectarea diferitelor amestecuri de plante pentru neutralizarea acestor specii va duce către dezvoltarea mai rapidă și mai eficientă a biostimulatorilor.
O1. Dezvoltarea unei tehnici de screening bazată pe (bio)senzori pentru detecția de peroxinitrit în compoziții bazate pe ingrediente active generate din bioproduse naturale.
O2. Evaluarea efectului măturător de peroxinitrit al compoziției alese, în plante/celule din plante/țesuturi din plante/extracte din plante.
O3. Confirmarea și validarea compoziției măturătoare de peroxinitrit prin bioteste.
O4. Managementul, diseminarea și comunicarea rezultatelor proiectului.
Screening-ul activității unor biostimulatori cu senzorul ROS/RNS.
Perioadă de implementare: 15/05/2022 – 31/12/2022
Activități:
- Prepararea amestecurilor cu potențial biostimulator și achiziția unui potențiostat/echipament modular/modul.
- Dezvoltarea unor (bio)senzori ROS/RNS – partea întâi.
- Management (achiziție echipament) și diseminare (raportare, comunicare).
Confirmarea activității unor biostimulatori cu (bio)senzorul ROS/RNS prin compararea cu rezultatele biotestelor.
Perioadă de implementare: 01/01/2023 – 31/12/2023
Activități:
- Dezvoltarea unor (bio)senzori ROS/RNS – partea a doua.
- Evaluarea activității/screening biostimulatori cu (bio)senzori ROS/RNS.
- Adaptarea și aplicarea pentru plante/celule din plante/țesuturi din plante a unei metode bazate pe fluorofori și compararea rezultatelor cu cele ale senzoriilor ROS/RNS.
- Selectarea unor amestecuri de biostimulatori pentru plante cu senzorul ROS/RNS.
- Demonstrarea efectelor biostimulatoare prin bioteste pe plante (partea întâi).
- Management și diseminare (Raportare, comunicare, cerere de brevet, 1 articol trimis spre publicare).
Demonstrarea funcționalității biosenzorului cu senzori ROS/RNS în selectarea amestecurilorsinergice de biostimulanți pentru plante (validarea amestecurilor biostimulante selectate).
Perioadă de implementare: 01/01/2024 – 31/05/2024
Activități:
- Demonstrarea efectelor biostimulatorilor prin bioteste pe plante (partea a doua).
- Management și diseminare (Raportare, 1 articol trimis spre publicare).
– formularea unor amestecuri cu potențial biostimulator pentru studiul de screening și de selecție în funcție de efectul biostimulator
– (bio)senzori ROS/RNS dezvoltați pentru screening biostimulatori
– evaluarea inițială/screening-ul compozițiilor biostimulatoare prin intermediul (bio)senzorilor ROS/RNS
– adaptarea pentru plante/celule/țesuturi/extracte din plante a unei metode bazate pe fluorofori, pentru determinarea activității biostimulatoare
– aplicarea metodei fluorescente modificate pe amestecurile cu potențial biostimulator, în vederea selectării unui amestec sinergic biostimulator
– compararea rezultatelor senzorilor electrochimici cu rezultatele metodei fluorescente
– demonstrarea efectelor biostimulatorilor prin bioteste pe plante (ex. măsurarea biomasei acumulate/aprecierea creșterii rezistenței la diferiți stimuli de stres/determinarea acumulării altor molecule precum metaboliții secundari, după tratamentul cu biostimulator).
- participarea la 1 conferință internațională prezentând dezvoltarea senzorilor ROS/RNS
- participarea la 1 conferință internațională prezentând screening-ul biostimulatorilor.
- trimiterea unei cereri de brevet.
- trimiterea spre publicare a 2 manuscrise în reviste cotate internațional (ISI).
Articole științifice publicate
- I.S. Hosu, M. Sobaszek, M Ficek, R. Bogdanowicz, Y. Coffinier*, Boron-doped carbon nanowalls for fast and direct detection of cytochrome C and ricin by matrix-free laser desorption/ionization mass spectrometry. Talanta (Q1, I.F.=6.1), 2023;252:123778;
- I.S. Hosu*, A. M. Baroi, R. I. Matei (Brazdiș), T. Fistoș, „Processes for Preparing Peroxynitrite Electrosensitive Depositions and Methods of Selective Detection for Further Biostimulant Screening”, Proceedings 2023, 90(1), 33.
- I.S. Hosu*, R.-C. Fierăscu, I. Fierăscu*, „Nanomaterials and nanotechnologies for electrochemical (bio)sensors: detection of important biomolecules in plants and samples related to plants, for smart and precision agriculture”. Review trimis spre publicare către Materials (Q1, I.F.=3.4), E-ISSN 1996-1944, Publicată de MDPI, date de depunere 31.05.2024 (ID manuscris: materials-3062584).
Cerere de brevet
- I.S. Hosu, „Process for preparing peroxynitrite electrosensitive depositions and methods of selective detection”, Cerere de brevet OSIM A 2023 – 00445/10.08.2023.
Participarea la manifestări științifice (și premii obținute)
- I.S. Hosu*, V. Rădițoiu, A.M.V. Brânzanic, Y. Coffinier, „The influence of different metal phthalocyanines on the electroreduction of peroxynitrite for biosensing”. Poster la Simpozionul Internațional PRIOCHEM XVIII, Prioritățile Chimiei pentru o Dezvoltare Durabilă, ediția a XVIII-a, 26-28 Octombrie, 2022, București, România.
- I.S. Hosu, „Screening and designing biostimulants using electrochemical sensors and fluorescent bioassay: filling the gap between industry and science, PN–III–P1-1.1-PD-2021-0798”, 2023 Japan Design, Idea and Invention Expo (JDIE 2023), 6-8 Iulie, 2023, prezentare proiect PN-III-P1-1.1-PD-2021-0798 (116PD/2022), prezentare brevet depus OSIM nr. A2023/00445, premiat cu premiile: Certificate of Award and Silver Medal – din partea salonului.
- I.S. Hosu, „Screening and designing biostimulants using electrochemical sensors and fluorescent bioassay: filling the gap between industry and science”, Salonul Internațional de Invenții și Inovații ”Traian Vuia”, ediția a IX -a, 15-17 iunie 2023, Timișoara. România, prezentare proiect PN-III-P1-1.1-PD-2021-0798 (116PD/2022), premiat cu premiile: Special Award – UPT Timisoara, Diploma si Medalie de Argint – din partea salonului, Diploma si Medalia de Aur – UPB Bucuresti.
- I.S. Hosu, „Screening and designing biostimulants using electrochemical sensors and fluorescent bioassay: filling the gap between industry and science”, European exhibition of creativity and innovation, EuroInvent, ediția a XV -a, 11-13 Mai 2023, Iași, România, prezentare proiect PN-III-P1-1.1-PD-2021-0798 (116PD/2022), premiat cu premiile: Diploma de Excelență – din partea Salonului, Excellence Trophy & Diploma – UPB, Diploma of Excellence și Gold Medal – Universitatea Ștefan cel Mare din Suceava, Diploma de Excelență și Medalie de Aur – Universitatea de Stat de Medicină și Farmacie “Nicolae Testemitanu” din Replica Moldova, Diploma de Excelență – Asociația “Justin Capră”.
- I.S. Hosu, V. Rădițoiu, M. F. Raduly, A.-M. Baroi, I. Fierăscu, R.-C. Fierăscu, „Screening and monitoring of plant biostimulants’ efficacy for further plant utilization in pharmaceutics”, 5th International Conference on Natural Products Utilization: From Plants to Pharmacy Shelf, ICNPU-2023, 30-02 Iunie 2023, Sfinții Constantin și Elena, Bulgaria.
- I.S. Hosu*, „Process for preparing peroxynitrite electrosensitive depositions and methods of selective detection”, Simpozion International PRIOCHEM XIX „Prioritățile Chimiei pentru o Dezvoltare Durabilă”, Ediția XIX, 11-13 Octombrie, 2023, București, România.
- I.S. Hosu*, “Procedure for the preparation of some electrosensitive deposits for peroxynitrit and methods of using them”, 47th International Invention Show, INOVA, 26-28 Septembrie 2023, Zagreb, Croația, prezentare Brevet depus OSIM nr. A2023/00445/10.08.2023 cu premiile: Gold Medal – din partea salonului.
- I.S. Hosu*, “Procedure for the preparation of some electrosensitive deposits for peroxynitrit and methods of using them”, INVENTCOR, Ediția a IV-a, 14-16 Septembrie 2023, Deva, România, prezentare brevet depus OSIM nr. A2023/00445, premiat cu premiile: Diploma și Medalie de Aur – din partea salonului.
- I.S. Hosu*, V. Rădițoiu, M. F. Raduly, A.-M. Baroi, I. Fierăscu, R.-C. Fierăscu, „Screening and designing biostimulants using electrochemical sensors and fluorescent bioassay: filling the gap between industry and science”, Biostimulants World Congress, 29 Noiembrie – 01 Decembrie 2023, Milano, Italia.
- I.S. Hosu, „Procedee de preparare a unor depuneri electrosenzitive pentru peroxinitrit și metode de determinare selectivă a acestuia”, International Invention and Trade Expo London, 5-6 Octombrie 2023, Kingston University, Townhouse, Penrhyn Rd, Kingston upon Thames, KT1 2EQ, United Kingdom, prezentare brevet Brevet depus OSIM nr. A2023/00445/10.08.2023, cu primirea următoarele premii: Gold Award – din partea salonului.
- I.S. Hosu, „Procedee de preparare a unor depuneri electrosenzitive pentru peroxinitrit și metode de determinare selectivă a acestuia”, Salonul Internațional al cercetării științifice, inovării și inventicii, Ediția XXI, PRO INVENT, 25-27 Octombrie 2023, Cluj Napoca, România, prezentare brevet Brevet depus OSIM nr. A2023/00445/10.08.2023, cu primirea următoarele premii: Diplomă de excelență și medalie de aur – din partea salonului.
- I.S. Hosu, „Using electrochemical biosensors for the evaluation of plant biostimulant effect”, Workshop: New applications of materials and bioreceptors: biosensors and beyond”, Bucharest, Romania, International Center of Biodynamics (organized by Alina Vasilescu), 22nd March 2023.
Rezumat
Problema pe care și-o propune să o rezolve acest proiect este screening-ul (selectarea și/sau optimizarea/proiectarea corectă) biostimulatorilor pentru plante, deoarece prezența pe piață a unor biostimulatori dezvoltați empiric este în contrast cu lipsa cunoașterii mecanismelor/modurilor de funcționare a acestora și crează un gol între industrie și știință. Biostimulatorii pentru Plante (PBs) sunt orice micro-organisme sau orice substanțe aplicate pe plante cu scopul de a mări eficiența nutriției plantei prin creșterea randamentului culturii de plante, stimularea metabolismului plantei sau reducerea impactului stresului abiotic asupra plantei [1].
Acest proiect propune evaluarea biostimulatorilor pentru plante cu ajutorul unei metode rapide, eficiente și precise bazată pe senzori selectivi pentru specii reactive de oxigen/de azot – ROS/RNS, în special pentru peroxinitrit (ONOO-, PON, izomerul structural al nitratului, care se comportă ca un oxidant puternic, similar radicalilor liberi, deși este un anion de foarte scurtă durată). Studiul peroxinitritului în plante, ca răspuns la stres abiotic și rolul lui în semnalarea în plante nu este studiat suficient, deși este considerat că joacă un rol foarte mare în aceste procese, modulând creșterea plantelor (împreună cu alte specii recative de oxigen/azot). Lipsa de cunoștințe este determinată de lipsa de metode rapide, precise și sensibile în determinarea PON în plante. Potențăm că focusul acestui proiect este de a dezvolta senzorii pentru screening de biostimulatori, și nu biostimulatori în sine.
Etapa I a acestui proiect vizează formularea unor amestecuri biostimulatoare, achiziția unui modul de curenți mici și începerea activității de dezvoltare a senzorilor ROS/RNS, precum și activități de management și de diseminare a proiectului. Aceste etapă s-a implementat și s-a încheiat cu succes în 2022.
Formularea biostimulatorilor se realizează prin efectuarea unor extracte din plante cu proprietăți antioxidante, prin metode precum ultrasonarea, temperatura și/sau microundele, precum și extracte alcoolice clasice. Dezvoltarea senzorilor ROS/RNS (Figura 2.) vizează studiul corespunzător folosirii diferitelor ftalocianine ca potențiali catalizatori pentru eletro-reducerea peroxinitritului, pentru crearea de senzori fezabili pentru studiul biostimulatorilor și a plantelor. Dezvoltarea s-a efectuat prin două metode: drop-cast (picurarea) și electropolimerizarea soluțiilor de ftalocianine.
În cadrul activității de management și diseminare au fost realizate următoarele activități: participarea la o conferință internațională cu rezultatele prezentate în acestă etapă, redactarea și publicarea unui articol cotat ISI, diseminarea proiectului prin intermediul paginii web și a mijloacelor social media (Facebook și LinkedIn) și gestionarea financiară a proiectului.
Confirmarea și validarea acestei metode se va face în celelalte etape ale proiectului, ce va duce la crearea unei metode analitice pentru selectarea rapidă și eficientă a biostimulatorilor, în bun acord cu atenuarea schimbării climatice, cu creșterea continuă a cererii pentru hrană, cu antenuarea pierderii culturilor și cu principiu bioeconomiei.
Schema etapelor de dezvoltare a senzorilor PON senzitivi
Nr | Indicatorul urmărit | Descrierea realizării progresului |
|---|---|---|
1 | Livrabilele descrise | Ambele livrabile din cererea de finanțare au fost complet realizate: D1.1. Raport: Formularea unor compoziții biostimulante – M5 (Activitatea 1.1.) D1.2. Raport: Dezvoltarea unor (bio)senzori – M8 (Activitatea 1.2. – activitate ce se continuă prin Activitatea 2.1. în Etapa II) |
2 | 1 Procedură experimentală de măsurare a activității biostimulanților | Procedura este descrisă în subcapitolul “Dezvoltarea unor (bio)senzori ROS/RNS” al raportului științific final. |
3 | 1 Comunicare la o conferință internațională | A fost realizată 1 participare la o conferință internațională: 1. I.S. Hosu*, V. Rădițoiu, A.M.V. Brânzanic, Y. Coffinier, „The influence of different metal phthalocyanines on the electroreduction of peroxynitrite for biosensing”. Poster la Simpozionul Internațional PRIOCHEM XVIII, Prioritățile Chimiei pentru o Dezvoltare Durabilă, ediția a XVIII-a, 26-28 Octombrie, 2022, București, România. |
4 | Alte activități de diseminare (Activitatea 1.3) | Publicarea unui articol în revistă cotată ISI (F.I.= 6.057):
Diseminarea pe pagina website a proiectului:
Diseminare pe social media (Facebook și LinkedIn):
|
Acum mai bine de 10 ani, în Noiembrie 2012, a avut loc primul Congres Mondial pentru folosirea Biostimulatorilor în Agricultură și a fost considerat un moment științific cheie pentru abordarea dezvoltării Biostimulatorilor pentru Plante (Plant Biostimulants, PBs). Dezvoltarea empirică a biostimulatorilor a creat o discrepanță notabilă între rezultatele pozitive obținute în creșterea plantelor cu ajutorul biostimultatorilor și cunoașterea științifică a modului/mecanismunului de acțiune a acestor biostimulatori folosiți pentru obținerea acestor rezultate favorabile creșterii plantelor. Peroxinitritul joacă un rol important, fiind un regulator cheie în celulele plantelor, în special în răspunsul hipersensibil împotriva patogenilor sau a factorilor de stres abiotic, fiind molecula de analizat în cadrul acestui proiect, în vederea selectării unor compoziții biostimulatoare eficiente, prin metode electrochimice, metode ce sunt confirmate și validate prin metode de flurescență și bioteste pe plante. Potențăm că focusul acestui proiect este de a dezvolta senzorii pentru screening de biostimulatori, și nu biostimulatorii în sine.
Etapa a II-a acestui proiect a constat în confirmarea activității unor biostimulatori cu (bio)senzorul ROS/RNS prin compararea cu rezultatele biotestelor. Această etapă a desfășurat cu succes următoarele activități: activitatea de dezvoltare a senzorilor ROS/RNS – continuată din Etapa I, activitatea de screening biostimulatori cu metodă electrochimică dezvoltată, activitatea de adaptare a unei metode fluorescente pentru detecție de peroxinitrit pentru plante, activitatea de selectare a unor biostimulatori cu senzorii dezvoltați, activitatea de demonstrare a efectelor biostimulatoare pe plante (prezentate în figura de mai jos), activitate ce se va continua în Etapa a III-a, precum și activități de management și de diseminare a proiectului. Trei formulări biostimulatoare au fost studiate cu metoda electrochimică dezvoltată și comparată cu bioteste (înainte și după creșterea plantulelor de Arabidopsis Thaliana și boabe de fasole Mung, în prezență sau în absență de metale grele). Cea mai eficientă formulă biostimulatoare a fost folosită în etapa următoare pentru a determina dozele optime. Această etapă s-a implementat și încheiat cu succes în 2023.
În cadrul activității de management și diseminare au fost realizate următoarele activități: participarea la 10 conferințe internaționale cu rezultatele prezentate în acestă etapă (indicatorul fiind de 1 conferință internațională), redactarea și trimiterea spre publicare unui articol cotat ISI, trimiterea spre publicare a unei cereri de brevet, diseminarea proiectului prin intermediul paginii web și a mijloacelor social media (Facebook și LinkedIn) și gestionarea financiară a proiectului.
Procentul de germinate pentru boabe de fasole Mung, în prezență sau în absență de biostimulator sau stres abiotic.
Nr. | Incatorul urmărit | Descrierea realizării progresului |
|---|---|---|
1 | Livrabilele descrise | Ambele livrabile din cererea de finanțare au fost complet realizate: D1.3. Raport: Evaluarea activității/screening biostimulanți cu (bio)senzori ROS/RNS – (Activitatea 2.2) D2.1. Raport: Adapatarea unei metode bazate pe fluorofori pentru plante/celule din plante/tesuturi din plante – M14 (Activitatea 2.3.) D2.2. Raport: Bioanaliza biostimulatorilor în absență și în prezență de stimuli – M18 (Activitatea 2.4. și 2.5). |
2 | 1 Procedură experimentală de măsurare a activității biostimulanților | Procedura este descrisă în subcapitolul “Dezvoltarea unor (bio)senzori ROS/RNS – partea a doua” al raportului științific final. |
3 | 1 Biotest pe bază de flurofori selectat pentru determinarea activității biostimulatorior | Procedura este descrisă în subcapitolul “Adaptarea și aplicarea pentru plante/celule din plante/țesuturi din plante a unei metode bazate pe fluorofori și compararea rezultatelor cu cele ale senzoriilor ROS/RNS” al raportului științific final. |
4 | 1 Raport de comparare a biotestelor pe bază de fluorofori și a biosenzorilor | Procedura este descrisă în subcapitolele “Selectarea unor amestecuri de biostimulanți pentru plante cu senzorul ROS/RNS” și „Demonstrarea efectelor biostimulanților prin bioteste pe plante (partea întâi)” al raportului științific final. |
5 | 1 Comunicare la o conferință internațională | A fost realizată participarea la 10 conferințe internaționale (cu primirea mai multor premii, indicatorul fiind de 1 conferință internațională). 1. I.S. Hosu, „Screening and designing biostimulants using electrochemical sensors and fluorescent bioassay: filling the gap between industry and science, PN–III–P1-1.1-PD-2021-0798”, 2023 Japan Design, Idea and Invention Expo (JDIE 2023), 6-8 Iulie, 2023, prezentare proiect PN-III-P1-1.1-PD-2021-0798 (116PD/2022), prezentare brevet depus OSIM nr. A2023/00445, premiat cu premiile: Certificate of Award and Silver Medal – din partea salonului. 2. I.S. Hosu, „Screening and designing biostimulants using electrochemical sensors and fluorescent bioassay: filling the gap between industry and science”, Salonul Internațional de Invenții și Inovații ”Traian Vuia”, ediția a IX -a, 15-17 iunie 2023, Timișoara. România, prezentare proiect PN-III-P1-1.1-PD-2021-0798 (116PD/2022), premiat cu premiile: Special Award – UPT Timisoara, Diploma si Medalie de Argint – din partea salonului, Diploma si Medalia de Aur – UPB Bucuresti. 3. I.S. Hosu, „Screening and designing biostimulants using electrochemical sensors and fluorescent bioassay: filling the gap between industry and science”, European exhibition of creativity and innovation, EuroInvent, ediția a XV -a, 11-13 Mai 2023, Iași, România, prezentare proiect PN-III-P1-1.1-PD-2021-0798 (116PD/2022), premiat cu premiile: Diploma de Excelență – din partea Salonului, Excellence Trophy & Diploma – UPB, Diploma of Excellence și Gold Medal – Universitatea Ștefan cel Mare din Suceava, Diploma de Excelență și Medalie de Aur – Universitatea de Stat de Medicină și Farmacie “Nicolae Testemitanu” din Replica Moldova, Diploma de Excelență – Asociația “Justin Capră”. 4. I.S. Hosu, V. Rădițoiu, M. F. Raduly, A.-M. Baroi, I. Fierăscu, R.-C. Fierăscu, „Screening and monitoring of plant biostimulants’ efficacy for further plant utilization in pharmaceutics”, 5th International Conference on Natural Products Utilization: From Plants to Pharmacy Shelf, ICNPU-2023, 30-02 Iunie 2023, Sfinții Constantin și Elena, Bulgaria. 5. I.S. Hosu*, „Process for preparing peroxynitrite electrosensitive depositions and methods of selective detection”, Simpozion International PRIOCHEM XIX „Prioritățile Chimiei pentru o Dezvoltare Durabilă”, Ediția XIX, 11-13 Octombrie, 2023, București, România. 6. I.S. Hosu*, “Procedure for the preparation of some electrosensitive deposits for peroxynitrit and methods of using them”, 47th International Invention Show, INOVA, 26-28 Septembrie 2023, Zagreb, Croația, prezentare Brevet depus OSIM nr. A2023/00445/10.08.2023 cu premiile: Gold Medal – din partea salonului. 7. I.S. Hosu*, “Procedure for the preparation of some electrosensitive deposits for peroxynitrit and methods of using them”, INVENTCOR, Ediția a IV-a, 14-16 Septembrie 2023, Deva, România, prezentare brevet depus OSIM nr. A2023/00445, premiat cu premiile: Diploma și Medalie de Aur – din partea salonului. 8. I.S. Hosu*, V. Rădițoiu, M. F. Raduly, A.-M. Baroi, I. Fierăscu, R.-C. Fierăscu, „Screening and designing biostimulants using electrochemical sensors and fluorescent bioassay: filling the gap between industry and science”, Biostimulants World Congress, 29 Noiembrie – 01 Decembrie 2023, Milano, Italia. 9. I.S. Hosu, „Procedee de preparare a unor depuneri electrosenzitive pentru peroxinitrit și metode de determinare selectivă a acestuia”, International Invention and Trade Expo London, 5-6 Octombrie 2023, Kingston University, Townhouse, Penrhyn Rd, Kingston upon Thames, KT1 2EQ, United Kingdom, prezentare brevet Brevet depus OSIM nr. A2023/00445/10.08.2023, cu primirea următoarele premii: Gold Award – din partea salonului. 10. I.S. Hosu, „Procedee de preparare a unor depuneri electrosenzitive pentru peroxinitrit și metode de determinare selectivă a acestuia”, Salonul Internațional al cercetării științifice, inovării și inventicii, Ediția XXI, PRO INVENT, 25-27 Octombrie 2023, Cluj Napoca, România, prezentare brevet Brevet depus OSIM nr. A2023/00445/10.08.2023, cu primirea următoarele premii: Diplomă de excelență și medalie de aur – din partea salonului. |
6 | 1 Cerere de brevet depusă | Ioana Silvia Hosu, „Procedee de preparare a unor depuneri electrosenzitive pentru peroxinitrit și metode de determinare selectivă a acestuia”, Cererea de brevet de invenţie OSIM A 2023 – 00445/10.08.2023. |
7 | 1 Articol trimis spre publicare | 1. Cournut, A.; Hosu, I.S.; Braud, F.; Moustiez, P.; Coffinier, Y.; Enjalbal, C.; Bich, C. Development of nanomaterial enabling highly sensitive surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry peptide analysis. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2023, 37, doi:10.1002/rcm.9476. [3] 2. Hosu, I. S.; Baroi, A. M.; Matei , R. I.; Fistos, T., Processes for Preparing Peroxynitrite Electrosensitive Depositions and Methods of Selective Detection for Further Biostimulant Screening. Proceedings 2023, 90, (1), 33. [4] |
8 | Alte activități de diseminare (Activitatea 2.6.) | Diseminarea pe pagina website a proiectului:
|
9 | Diseminare pe social media (facebook și linkedin):
|
De obicei, amorsarea biochimică a plantelor se efectuează înaintea creșterii plantelor, prin incubarea semințelor cu biostimulatori (înainte de germinare), iar plantele devin mai eficiente în combaterea efectului stresului. Consecințele pozitive a unei amorsări corecte includ creșterea toleranței la stresul oxidativ și obținerea unui randament crescut al culturiilor (Figura 4A), prin activarea unui mecanism de apărare împotriva viitorilor posibili stresori (care nu au interacționat încă cu plantele). În momentul în care planta amorsată biochimic întâlnește stresorii, este mult mai eficientă în a lupta cu aceștia, prin comparație cu o plantă ne-amorsată biochimic. Amorsarea biochimică poate fi efectuată prin aplicarea diferitelor micro-organisme benefice sau a diferite produse biologice, precum acizi fulvici, acizi himici, chitosan etc. [5].
În etapa a III-a (etapa finală a proiectului), am continuat activitatea denumită “Demonstrarea efectelor biostimulatorilor prin bioteste pe plante (partea a doua)”, pentru validarea formulărilor biostimulatoare. Pentru acest scop, am folosit formularea sinergică selectată în etapa anterioară și am evaluat diferite doze ale acestei formulări pe plante. Semințele au fost amorsate cu 3 doze diferite, doze ce au fost folosite și pentru a uda plantulele de fasole Mung crescute in-vitro. Am considerat mai multe bioteste și rezultatele au fost comparate cu metoda dezvoltată de noi. Biotestele extinse au fost: evaluarea activității antioxidante, randamentul cuantic al fotosintezei, împreună cu acumularea biomasei și evaluarea unor pigmenți din plante, într-o concentrație diferită de metal greu (cadmiu). Rezultatele biotestelor au fost corelate cu metoda electrochimică dezvoltată (Figura 4B).
Pentru activitatea de management și diseminare s-au efectuat următoarele activități: 1 participare la o conferință internațională și 1 participare la un workshop internațional (cu prezentarea proiectului și a rezultatelor obținute), scrierea și trimiterea spre publicare a unei publicații științifice cotate ISI, diseminarea prin intermediul website-ului și social media (Facebook and LinkedIn) și gestiunea financiară a proiectului. Proiectul BioScreen a fost promovat și prin intermediul unui program international pentru antreprenori în Deep Tech, program finanțat de Uniunea Europeană (mai multe detalii în tablelul cu indicatori). Această etapă s-a implementat și proiectul s-a finalizat cu succes în 2024, fiind și ultima etapă a proiectului.
(A)
(B)
(A) Reprezentarea vizuală a definiției biostimulanților. (B) Cronoamperometrie folosind senzorul ROS/RNS dezvoltat pentru evaluarea capacității biostimulante a biostimulantului 3, în prezență sau în absență de peroxinitrit (50 µM PON).
Nr. | Indicatorul urmărit | Descrierea realizării progresului |
|---|---|---|
1 | Livrabilele descrise | Cele 3 livrabile din cererea de finanțare au fost complet realizate: D3.1. Măsurarea masei accumulate – M24 (Activitatea 3.1.) D3.2. Evaluarea creșterii toleranței la diferiți stimuli – M18, M24 (Activitatea 3.1.) D3.3. Analizarea diferitelor molecule acumulate– M24 (Activitatea 3.1.) |
2 | 1 Amestec sinergic de biostimulanți selectat cu senzorul ROS/RNS | Acest amestec ales a fost descris și caracterizat atât în Etapa II – „Demonstrarea efectelor biostimulanților prin bioteste pe plante (partea întâi)”, cât și în Etapa III – „Aplicarea biostimulanților pe plante – Crescut plante cu diferite doze (fasole Mung)” |
3 | 1 Raport de demonstrare a efectelor biostimulanților | Acest raport a fost început în Etapa II – „Demonstrarea efectelor biostimulanților prin bioteste pe plante (partea întâi)” și finalizat în Etapa III – „Demonstrarea efectelor biostimulanților prin bioteste pe plante (partea a doua)” |
4 | 1 Articol trimis spre publicare | 1. Ioana Silvia Hosu, Radu-Claudiu Fierăscu, Irina Fierăscu, „Nanomaterials and nanotechnologies for electrochemical (bio)sensors: detection of important biomolecules in plants and samples related to plants, for smart and precision agriculture”. Review trimis spre publicare către revista Materials, EISSN 1996-1944, Publicat de MDPI, data trimiterii 31.05.2024 (manuscript ID: materials-3062584). |
5 | Alte activități de diseminare (Activitatea 3.2.) | 1. Prezentare orală a lucrării “Using electrochemical biosensors for the evaluation of plant biostimulant effect” la workshop-ul denumit “New applications of materials and bioreceptors: biosensors and beyond”, pe 22 martie 2024, organizat de Alina Vasilescu, Centrul Internațional de Biodinamică, în cadrul unui proiect național finanțat de UEFISCDI. 2. Participarea online la conferința internațională “The International Scientific Symposium CURRENT TRENDS IN NATURAL SCIENCES”, în perioada 18 – 20 Mai 2023, Pitești, România. 3. Participarea la un program internațional de antreprenoriat în Deep Tech, promovând rezultatele obținute în cadrul acestui proiect.
|
Bibliografie
1. du Jardin, P., Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation. Scientia Horticulturae 2015, 196, 3-14.
2. Hosu, I. S.; Sobaszek, M.; Ficek, M.; Bogdanowicz, R.; Coffinier, Y., Boron-doped carbon nanowalls for fast and direct detection of cytochrome C and ricin by matrix-free laser desorption/ionization mass spectrometry. Talanta 2023, 252, (123778), 8.
3. Cournut, A.; Hosu, I. S.; Braud, F.; Moustiez, P.; Coffinier, Y.; Enjalbal, C.; Bich, C., Development of nanomaterial enabling highly sensitive surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry peptide analysis. Rapid Communications in Mass Spectrometry 2023, 37, (8).
4. Hosu, I. S.; Baroi, A. M.; Matei , R. I.; Fistos, T., Processes for Preparing Peroxynitrite Electrosensitive Depositions and Methods of Selective Detection for Further Biostimulant Screening. Proceedings 2023, 90, (1), 33.
5. Chakraborti, S.; Bera, K.; Sadhukhan, S.; Dutta, P., Bio-priming of seeds: Plant stress management and its underlying cellular, biochemical and molecular mechanisms. Plant Stress 2022, 3, 100052.
