เซ็กซี่บาคาร่า นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างเทคนิคการเฝ้าระวังมือถือแบบใหม่เพื่อวินิจฉัยหนึ่งในศัตรูที่เก่าแก่ที่สุดของการเกษตรอย่างรวดเร็ว นั่นคือสนิมข้าวสาลี ด้วยการใช้อุปกรณ์จัดลำดับดีเอ็นเอแบบมือถือ พวกเขาสามารถกำหนดสายพันธุ์ที่แม่นยำของราสนิมข้าวสาลีในไร่ของเกษตรกรได้ภายในเวลาเพียง 48 ชั่วโมงหลังจากเก็บตัวอย่าง
สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยทั่วโลกมีเวลาที่สำคัญในการตรวจจับ
และควบคุมโรคระบาดที่เกิดขึ้นใหม่เชื้อราสนิมจากข้าวสาลีได้คุกคามการผลิตข้าวสาลีเกือบตั้งแต่รุ่งอรุณของการเกษตรและการเก็บเกี่ยวในพื้นที่ปลูกข้าวสาลีที่สำคัญทั้งหมดทั่วโลกยังคงอยู่ภายใต้การคุกคาม การป้องกันที่ดีที่สุดคือการปลูกข้าวสาลีพันธุ์ต่าง ๆ ที่ต้านทานการติดเชื้อ แต่เมื่อเวลาผ่านไป สนิมสายพันธุ์ใหม่จะก่อตัวขึ้นซึ่งนำไปสู่โรคระบาดใหม่ วิธีที่ดีที่สุดที่จะนำหน้าการเกิดสนิมคือการระบุและติดตามโรคในพื้นที่อย่างรวดเร็ว
กระดาษ; ‘ MARPLE ซึ่งเป็นเครื่องมือในการวินิจฉัยและเฝ้าระวังโรคระดับความเครียด ณ จุดดูแลสำหรับเชื้อโรคเชื้อราที่ซับซ้อน ‘ ในBMC Biologyแสดงให้เห็นว่าความร่วมมือด้านการวิจัยลดความเร็วของการวินิจฉัยจากหลายเดือนในห้องปฏิบัติการระดับไฮเอนด์เหลือเพียง 2 วันจาก ด้านข้างของทุ่งเอธิโอเปีย Dr Dave Hodson นักพยาธิวิทยาสนิมที่ CIMMYT ในเอธิโอเปียและผู้เขียนร่วมกล่าวว่า “การรู้ว่าคุณมีสายพันธุ์ใดเป็นข้อมูลสำคัญที่สามารถรวมเข้ากับระบบเตือนภัยล่วงหน้าและส่งผลให้ควบคุมการระบาดของโรคได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในพื้นที่ของเกษตรกร”
“ความท้าทายคือการติดตามสนิมของข้าวสาลีนั้นไม่ง่ายอย่างที่คุณคาดหวัง มีสายพันธุ์ต่างๆ มากมาย โดยทั้งหมดมีลักษณะเฉพาะที่ไม่สามารถแยกแยะได้หากไม่มีการทดสอบในห้องปฏิบัติการที่ยาวนาน ดังนั้น การระบุตัวที่เป็นภัยคุกคามอาจใช้เวลาหลายเดือน หลายเดือน ซึ่งมีแนวโน้มว่าการติดเชื้อจะแพร่กระจายออกไป” ดร.ไดแอน ซอนเดอร์ส หัวหน้าทีมวิจัยและหัวหน้ากลุ่มที่ศูนย์จอห์น อินเนส กล่าว
แพลตฟอร์ม การวินิจฉัย MARPLE (Mobile And Real-time PLant disEase)ใหม่ที่นักวิจัยสร้างขึ้น โดยมุ่งเป้าไปที่ส่วนต่างๆ ของรหัสพันธุกรรมสนิมที่สามารถจัดลำดับได้บนแพลตฟอร์มการจัดลำดับ MinION แบบพกพาจาก Oxford Nanopore “สิ่งนี้ช่วยให้เราแยกแยะสายพันธุ์และจดจำสิ่งที่เราเคยเห็นมาก่อนหรือระบุสายพันธุ์ใหม่ที่อาจเป็นอันตรายได้อย่างรวดเร็ว” กล่าวว่าผู้เขียนคนแรก Dr Guru Radhakrishnan จาก John Innes Centre
ดร.แซนเดอร์สกล่าวว่า “สิ่งที่เริ่มต้นจากการพิสูจน์แนวคิดนี้ได้ถูกนำไปใช้ในสนามแล้ว” “การพัฒนานี้จะช่วยให้สามารถเฝ้าระวังความดันโรคพืชผลและการควบคุมที่ตรงเป้าหมายมากขึ้น”
ความท้าทายส่วนหนึ่งสำหรับเกษตรกรผู้ปลูกข้าวสาลีคือพวกเขาอยู่ในเกมกับแมวและเมาส์ที่เป็นโรคอย่างต่อเนื่อง การรู้ว่าข้าวสาลีชนิดใดเป็นสนิมในพื้นที่สามารถให้คำแนะนำว่าข้าวสาลีพันธุ์ใดปลอดภัยที่สุดในการปลูก
“ในที่สุด ด้วยโครงการนี้ เราสามารถนำเทคโนโลยีล่าสุดไปยังไซต์งานภาคสนามได้ เพื่อแจ้งให้นักวิจัยทราบ ไม่เพียงแต่สำหรับเกษตรกรเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเกษตรกรด้วย” ทาเดสซา ดาบา ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยเทคโนโลยีชีวภาพด้านการเกษตร EIAR กล่าว
การประหยัดเวลาไม่ใช่ข้อดีเพียงอย่างเดียว วิธีการวินิจฉัย MARPLE ยังสามารถดำเนินการได้ทุกที่ ก่อนหน้านี้ หากนักวิจัยในพื้นที่ภาคสนามต้องการทดสอบตัวอย่างที่สงสัยว่าติดเชื้อ พวกเขาจะต้องจัดส่งไปยังห้องปฏิบัติการผู้เชี่ยวชาญจำนวนหนึ่งในต่างประเทศบ่อยครั้ง
วิธีการวินิจฉัย MARPLE ถูกกำหนดขึ้นเพื่อดำเนินการ
โดยตรงในภาคสนาม สิ่งนี้สามารถท้าทายได้ด้วยไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ ไม่มีการเข้าถึงอินเทอร์เน็ตในพื้นที่ห่างไกล และการขาดความเย็นสำหรับน้ำยาในห้องปฏิบัติการ กระนั้น หากไปป์ไลน์ทำงานที่สถานีวิจัยเหล่านี้ ก็จำเป็นต้องทำงานแม้จะมีอุปสรรคเหล่านี้
แพลตฟอร์มใหม่นี้ใช้โปรโตคอลที่ปกติต้องใช้อุปกรณ์และความเชี่ยวชาญจำนวนมาก และนำไปสู่ระดับที่คุณต้องการสิ่งอำนวยความสะดวกหรือความรู้เฉพาะทางน้อยลง
Nicola Cook นักศึกษาปริญญาเอกและผู้เขียนร่วมกล่าวว่า “เราได้พยายามสร้างองค์ประกอบโซ่เย็นให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ด้วยขั้นตอนง่ายๆ ที่คุณสามารถทำได้ด้วยสารเคมีที่หาได้ง่ายในท้องถิ่น”
ความเร็วและการพึ่งพาตนเองที่รวมกันนี้ช่วยให้กลุ่มวิจัยในประเทศสามารถประสานงานอย่างใกล้ชิดกับกระทรวงของรัฐบาลและโครงการปรับปรุงพันธุ์ระดับชาติซึ่งทำงานเพื่อปกป้องเกษตรกรในท้องถิ่น
เพื่อเป็นหลักฐานในหลักการ แพลตฟอร์มทั้งหมดตั้งแต่ตัวอย่างภาคสนามไปจนถึงระดับความเครียดได้ดำเนินการในเมืองโฮเลตา ประเทศเอธิโอเปีย เมื่อเดือนกันยายนปีที่แล้ว กลุ่มวิจัยได้สาธิตการทำงานของไปป์ไลน์การวินิจฉัย MARPLE ที่ประสบความสำเร็จข้างทุ่งข้าวสาลี จากด้านหลังของ Landcruiser
Tesfaye Disasa ผู้อำนวยการสถาบัน Biosciences Institute ของ EIAR กล่าวว่า “ฉันรู้สึกประทับใจมากกับโครงการนี้มาก โดยได้แนะนำเทคโนโลยีใหม่เข้ามาในประเทศตลอดจนการเสริมสร้างขีดความสามารถที่จะนำไปสู่สถาบัน”
สำหรับงานของพวกเขาในการสร้างแพลตฟอร์ม MARPLE ทีมงานได้ รับรางวัล Innovator of the Year สำหรับผลกระทบระดับนานาชาติจากสภาวิจัยเทคโนโลยีชีวภาพและวิทยาศาสตร์ชีวภาพในเดือนพฤษภาคมปีนี้ หลังจากได้รับรางวัลนี้และผ่านการสนับสนุนของความท้าทาย CGIAR Inspire และโครงการ Delivering Genetic Gain in Wheat จะมีการจัดตั้งสถานีภาคสนามอีกสี่แห่งทั่วเอธิโอเปียเพื่อใช้ห้องปฏิบัติการเคลื่อนที่ของ MARPLE
ดร.บาดาดา กิริมา นักพยาธิวิทยาโรคราสนิม โครงการ Delivering Genetic Gain in Wheat กล่าวว่า “นี่เป็นงานระดับชาติและระดับนานาชาติอย่างแท้จริงที่ช่วยเหลือเกษตรกรผู้ยากไร้ในท้ายที่สุด”
บทความนี้จะสรุปขั้นตอนต่างๆ ที่ใช้ในการนำเสนอกรอบงานการคำนวณและการทดลองแบบผสมผสาน หวังว่าด้วยการเผยแพร่กระบวนการนี้ จะสามารถพัฒนาวิธีการเฝ้าระวังที่คล้ายกันสำหรับเชื้อโรคเชื้อราที่ซับซ้อนอื่นๆ ที่เป็นอันตรายต่อพืช สัตว์ และสุขภาพของมนุษย์
โครงการวินิจฉัย MARPLE ได้รับทุนจากสภาวิจัยเทคโนโลยีชีวภาพและวิทยาศาสตร์ชีวภาพ (BBSRC) และ CGIAR Big Data Platform Inspire Challenge
การสนับสนุนด้านการสื่อสารจัดทำโดย BBSRC Excellence with Impact Award ให้กับ John Innes Center และโครงการ Delivering Genetic Gain in Wheat ที่นำโดย Cornell University International Programs ซึ่งได้รับทุนจากกระทรวงการพัฒนาระหว่างประเทศแห่งสหราชอาณาจักร (DFID) และมูลนิธิ Bill & Melinda & Gates . เซ็กซี่บาคาร่า
