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)
Dezvoltarea empirică în industria biostimulanților a creat o lipsă între rezultatele pozitive obținute în creșterea plantelor și cunoștințele științifice despre modul de acțiune ale acestor biostimulanți ce favorizează creșterea plantelor.
Scopul proiectului
Scopul proiectului este de a face screening/evaluare inițială de biostimulanți cu o metodă bazată pe senzori electrochimici modificați selectiv pentru speciile reactive de oxigen/azot (în special pentru peroxinitrit), 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 biostimulanților, o metodă în acord cu atenuarea schimbărilor climatice și cu bioeconomia.
Autoritate contractantă: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării
Perioada de implementare: 15/05/2022-15/04/2024
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 biostimulante proiectate într-un mod statistic, precum și validarea (predominant fluorescentă) și confirmarea compozițiilor selectate cu bioteste pe plante (pentru studierea rezistenței la săruri, acumularea biomasei/metaboliților secundari).
Lipsa unei strategii în proiectarea biostimulanților trebuie considerată de comunitatea științifică. Amorsarea biochimică este una din mecanismele propuse în modul de acțiune al biostimulanților 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 biostimulanților.
- Dezvoltarea unei tehnici de screening de mare randament bazată pe (bio)senzori pentru detecția de peroxinitrit în compoziții bazate pe ingrediente active generate din bioproduse naturale.
- Evaluarea efectului măturător de peroxinitrit al compoziției alese, în plante/celule din plante/țesuturi din plante/extracte din plante.
- Confirmarea și validarea compoziției măturătoare de peroxinitrit prin bioteste.
- Managementul, diseminarea și comunicarea rezultatelor proiectului.
Screening-ul activității unor biostimulanți cu senzorul ROS/RNS.
Perioadă de implementare: 15/05/2022 – 31/12/2022
Activități:
- Prepararea amestecurilor cu potențial biostimulant și achiziția unui potentiostat/echipament modular/modul.
- Dezvoltarea unor (bio)senzori ROS/RNS – partea întâi.
- Management (achiziție echipament) și diseminare (raportare, comunicare).
Confirmarea activității unor biostimulanți 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 biostimulanți 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 biostimulanți pentru plante cu senzorul ROS/RNS.
- Demonstrarea efectelor biostimulanților 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 – 15/04/2024
Activități:
- Demonstrarea efectelor biostimulanților prin bioteste pe plante (partea a doua)
- Management și diseminare (Raportare, 1 articol trimis spre publicare).
– formularea unor amestecuri cu potențial biostimulant pentru studiul de screening și de selecție în funcție de efectul biostimulant
– (bio)senzori ROS/RNS dezvoltați pentru screening biostimulanți
– evaluarea inițială/screening-ul compozițiilor biostimulante prin intermediul (bio)senzorilor ROS/RNS
– adaptarea pentru plante/celule/țesuturi/extracte din plante a unei metode bazate pe fluorofori, pentru determinarea activității biostimulante
– aplicarea metodei fluorescente modificate amestecurilor cu potențial biostimulant, în vederea selectării unui amestec sinergic biostimulant.
– compararea rezultatelor senzorilor electrochimici cu rezultatele metodei fluorescente
– demonstrarea efectelor biostimulanților 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 biostimulanți).
- participarea la o conferință internațională prezentând dezvoltarea senzorilor ROS/RNS
- participarea la o conferință internațională prezentând screening-ul biostimulanților
- trimiterea unei cereri de brevet privind screening-ul biostimulanților
- trimiterea spre publicare a unui manuscris privind evaluarea inițială/screening și confirmarea amestecurilor biostimulante, prin corelarea
- metodelor electrochimice cu metodele fluorescente.
- trimiterea spre publicare a unui manuscris despre demonstrarea efectelor biostimulanților prin bioteste pe plante.
Articole științifice publicate
- Hosu IS, 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;
Participarea la manifestări științifice
- Hosu I.S., Rădițoiu V., Brânzanic A.M.V., Coffinier Y., “The influence of different metal phthalocyanines on the electro-reduction of peroxynitrite for biosensing”, PRIORITIES OF CHEMISTRY FOR A SUSTAINABLE DEVELOPMENT – PRIOCHEM XVIII, 26-28th October 2022, Bucharest, Romania.
- International Scientific Symposium CURRENT TRENDS IN NATURAL SCIENCES 2023, Screening and designing biostimulants using electrochemical sensors, Ioana Silvia Hosu, Valentin Rădițoiu, Monica Florentina Raduly, Anda-Maria Baroi, Irina Fierăscu, Radu-Claudiu Fierăscu
- 5th International Conference on Natural Products Utilization: From Plants to Pharmacy Shelf – ICNPU, May 30-02 June 2023, Bulgaria, Screening and monitoring of plant biostimulants’ efficacy for further plant utilization in pharmaceutics, Ioana Silvia Hosu, Valentin Rădițoiu, Monica Florentina Raduly, Anda-Maria Baroi, Irina Fierăscu, Radu-Claudiu Fierăscu
Rezumat
Problema pe care și-o propune să o rezolve acest proiect este screening-ul (selectarea și/sau optimizarea/proiectarea corectă) a biostimulanților pentru plante, deoarece prezența pe piață a unor biostimulanți dezvoltați empiric este în contrast cu lipsa cunoașterii mecanismelor de funcționare a acestora și crează un gol între industrie și știință. Acest proiect propune evaluarea biostimulanților pentru plante cu ajutorul unei metode rapide, eficiente și precise bazată pe senzori selectivi pentru specii reactive de oxigen/de azot, 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 reactive de oxigen/azot. Lipsa de cunoștințe este determinată de lipsa de metode rapide, precise și sensibile în determinarea PON în plante. Subliniem că ținta acestui proiect este de a dezvolta senzorii pentru screening de biostimulanți, și nu biostimulanții în sine.
Etapa I a acestui proiect vizează formularea unor amestecuri biostimulante, 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.
Formularea biostimulanților 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 1) vizează studiul corespunzător folosirii diferitelor ftalocianine ca potențiali catalizatori pentru eletro-reducerea peroxinitritului, pentru crearea de senzori fezabili pentru studiul biostimulanților și a plantelor. Dezvoltarea s-a efectuat prin două metode: drop-cast (picurarea) și electropolimerizarea soluțiilor de ftalocianine (MPc, unde M este Co, Mn sau H2).
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 biostimulanților, o metodă în acord cu atenuarea schimbărilor climatice și cu bioeconomia.
Figura 1. 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 după cum urmează: D1.1. Raport: Formularea unor compoziții biostimulante – M5 (Activitatea 1.1) D1.2. Raport: Dezvoltarea unor (bio)senzori – M8 (Activitatea 1.2) |
2 | Procedură experimentală de măsurare a activității biostimulanților | Procedura este descrisă în subcapitolul “Dezvoltarea unor (bio)senzori ROS/RNS” al prezentului raport științific |
3 | Comunicare la o conferință internațională | A fost realizată participarea la o conferință internațională: 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 |
-https://icechim.ro/project/bioscreen_ro/ -https://icechim.ro/project/bioscreen_en/
|
