خلاصه اي از توصيف اختراع روشي براي انتقال ژن بااستفاده‌ از نانوذرات مزومتخلخل سيليكا تحت تيمار فراصوت به بذر و برگ گياهان در حال حاضر براي انتقال ژن به گياهان از روش هاي متنوعي استفاده مي شود. پركاربردترين روش ها در اين عرصه،‌روش مبتني بر آگروباكتري و سامانه بمباران ذره اي هستند. روش مبتني بر آگروباكتري بر پايه خاصيت ذاتي اين باكتري درانتقال ژن به گياهان دو لپه اي است. با وجود محاسن اين روش به دليل پايين بودن بازدهي آن درگياهان مهم زراعي چون غلات (تك لپه اي)، روش بمباران ذره اي معرفي شد. استفاده گسترده از اين روش به دليل تجهيزات گران به خصوص در كشورهاي در حال توسعه با محدوديت مواجه شده است. درنتيجه دوروش ذكر شده با وجود كاربرد زياد در مطالعات گياهي؛ توان پوشش تمام اهداف زيست فناوري گياهي را ندارند. سامانه انتقال ژن طراحي شده در اين تحقيق بر پايه كاربرد نانوناقل غيرزيستي و تيمار فراصوت؛ سعي در سهولت انتقال ژن به گستره ي وسيعي از گياهان مستقل از نوع ژنوتيپ آنها را دارد. ناقل غير زيستي در اين روش نانوسيليكاي مزومتخلخل با متوسط اندازه 11± 106؛ به دليل ساخت ارزان و ساده، هرينه كلي روش را در مقايسه با ديگر روش ها كاهش داده است. همچنين با عاملدار كردن اين ذرات با پلي اتيلين ايمين جذب الكتروستاتيك DNA برروي سطح نانوذرات افزايش داشته است. افزايش جذب در كارايي انقال ژن به درون سلول نقش موثري خواهد داشت. راه ورود نانوناقل به سلول توسط تيمار فراصوت با ايجاد منافذ موقتي و برگشت پذير درديواره سلولي فراهم مي شود كه با توجه به استحكام ساختاري سيليكاي مزومتخلخل ازDNA دربرابرامواج فراصوت و نوكلئازهاي سلولي محافظت مي شود. در نتيجه نرخ تراريختي 90،77و 50 درصد به ترتيب براي گندم،‌برنج و كلزا به دست آمد. نتايج تحقيق نشان مي¬دهد اين سامانه انتقال ژن علاوه بر مقرون به صرفه بودن باعث افزايش كارايي تراريختي در گياهان زراعي مهمي چون برنج،‌گندم و كلزا شده است.

خلاصه‌اي از توصيف اختراع؛ در اختراع، روشي موثر براي ايجاد تغييرات ژنتيكي در گياهان از طريق انتقال ژن به سلولهاي گياهي در يك كشت تعليقي با استفاده از نانوذرات سيليكا و تيمار فراصوت توسعه داده شد. در مرحله اول، شرايط بهينه براي زنده ماني مناسب سلول هاي گياه توتون در يك كشت معلق پس از اعمال تيمار اولتراسونيك تحت ظرايط مختلف به دست آمد. در بخش ديگري از اين فعاليت، نانوذرات مزومتخلخل سيليكا MSNs)) با قطر متوسط نانومتر 7/8±100 با استفاده از پلي اتيلن ايمين (PEI) تهيه شدند. سپس، پلاسميد DNAكدكننده پروتئين GUS بر روي نانوذرات فوق بارگذاري شده و تحت تيمار اولتراسونيك در شرايط بهينه، به سلول هاي توتون در يك كشت تعليقي انتقال داده شد. اندازه گيري بيان پروتئين با استفاده از آزمون رنگ آميزي هيستوشيمي GUS و روش اسپكتروفتومتري نشان داد كه نانوذرات PEI-MSNs مي توانند ژن گزارشگر gus را به طور موثري به سلول هاي توتون انتقال دهند. بر اساس نتايج به دست آمده، روش فوق، راهكاري كارآمد و كم هزينه براي انتقال ژن به سلول هاي گياهي بدون نياز به تجهيزات و وسايل پيچيده و فارغ از نگرانيهاي مرتبط با مسايل مرتبط با ايمني زيستي مي باشد.

در اين اختراع يك نانوسامانه مبتني بر نانوذرات سيليكاي متخلخل كه با دو عامل ضد ميكروبي بارگذاري شدند، تهيه شده و فعاليت ضدميكروبي نانوسامانه هاي به دست آمده ارزيابي شد. بيشترين ميزان ظرفيت بارگذاري براي ونكومايسين (6/53 ميكروگرم) و براي ليزوزيم (3 /883 ميكروگرم ) به ازاي 1 ميلي-گرم نانوذرات به دست آمد. حداقل غلظت بازدارندگي (MIC) در برابر استافيلوكوكوس اورئوس براي ليزوزيم و ونكومايسين آزاد در تركيب (به ترتيب 675/0 ميلي گرم بر ميلي ليتر و 562/1 ميكروگرم بر ميلي ليتر)، در مقايسه با حالت آزاد تنها (ليزوزيم 7/2 ميلي گرم بر ميلي ليتر و ونكومايسين 25/6 ميكروگرم بر ميلي ليتر) بيش از 75% كمتر است. مقدار MIC براي ليزوزيم بارگذاري شده و ونكومايسين بارگذاري شده به صورت تركيبي (ليزوزيم 168/0 ميلي گرم بر ميلي ليتر و ونكومايسين 781/0 ميكروگرم بر ميلي ليتر) در مقايسه با مقدار MIC براي حالت بارگذاري شده از هر كدام به تنهايي (ليزوزيم 675/0ميلي گرم بر ميلي ليتر و ونكومايسين 125/3 ميكروگرم بر ميلي ليتر) به ترتيب در حدود 68% و 75% كاهش نشان داد. در مورد نمونه هاي هم بارگذاري شده نتايج مشابهي به دست آمد. بررسي شاخص غلظت بازدارندگي سهمي (FICI) نشان داد كه برهم كنش ضدميكروبي ونكومايسين و ليزوزيم در سامانه¬هاي تهيه شده از نوع هم افزايي است.

وجود فلزات سنگيني همچون كادميوم در منابع آبي باعث بروز مشكلات زيست محيطي متعدد و تهديد سلامت عمومي شده است. در بين روش هاي متعددي كه براي حذف آلودگي هاي فلزي مورد استفاده قرار مي گيرند، استفاده از روش جذب به دليل سادگي، هزينه كم و كارايي بالا عموميت بيشتري دارد. يكي از مشكلات استفاده از جاذب ها، ظرفيت پايين جذب در آنها مي باشد، يكي از پيشنهادها براي بهبود ظرفيت جذب، استفاده از موادي است كه تمايل بالايي به فلزات سنگين داشته باشند. از پروتئين هاي كلاته كننده فلزات سنگين مثل پروتئين متالوتيونين مي توان براي اين منظور استفاده كرد. براي استفاده از اين پروتئين لازم است كه بر سطحي تثبيت شوند كه بتوانند كارايي لازم را داشته باشند. در اين طرح جاذب جديدي براي حذف فلز سنگين كادميوم از محيط آبي مورد استفاده قرار گرفته است كه ظرفيت جذب بسيار بالايي براي حذف اين فلز دارد. اين جاذب در واقع تركيبي از نانوذره مغناطيسي اكسيد آهن (Fe3O4) و پروتئين متالوتيونين مي‌باشد كه با تثبيت اين پروتئين بر سطح نانوذره پوشش دار شده با سيليكا سامانه اي متشكل از نانوذره و پروتئين توليد شد كه براي جذب كادميوم كاربرد دارد. تثبيت پروتئين بر نانوذره، جداسازي مغناطيسي پروتئين را از محيط هاي واكنش ميسر مي سازد. استفاده از نانوذرات حاوي اين پروتئين براي جداسازي يون دوظرفيتي كادميوم از محيطهاي آبي نشان داد كه اين سامانه قادر است در مقايسه با نانوذرات بدون پروتئين با ظرفيت جذب بسيار بالايي اين يون سمي را جذب كند. همچنين اين سامانه قابليت سه بار استفاده مجدد را با كارايي بالا دارد.

در اين اختراع از روبشگرهايي شامل يك توالي از آدنين و يك توالي از تيمين جهت تثبيت بر روي نانوذرات طلا استفاده شده است. در طراحي ساختار روبشگر سه قسمت لحاظ شد: بخش اول كه در هيبريداسيون با رشته هدف شركت مي كند (ليگاند)، بخش دوم يك توالي از تيمين بوده كه به عنوان يك فضاپركن عمودي موجب فاصله گرفتن ليگاند از سطح و آرايش مناسب بخش اول مي شود؛ بخش سوم يك توالي از آدنين است كه موجب تثبيت روبشگر مورد نظر بر روي سطح نانوذرات طلا شده و از طرفي به عنوان يك فضاپركن افقي فاصله جانبي مورد نياز بين رشته هاي DNA را تأمين مي كند. دو نوع نانوذره كه هر كدام شامل يك ليگاند مكمل يك سر يك ملكول DNA (ملكول) هدف بودند، تهيه شدند. نانوذرات عاملدار شده در مجاورت رشته هايي از DNA هدف، كه از دو سر مكمل دو نوع ليگاند است، با انجام هيبريداسيون، تجمع پيدا كرده و موجب تغيير رنگ محلول كلوئيدي نانوذرات از قرمز يا ارغواني به آبي يا بنفش مي شوند. از اين سامانه در روشهاي تشخيصي، شناسايي و جداسازي DNA به راحتي مي توان استفاده كرد. در اين فعاليت از اين سامانه براي تشخيص يك ملكول DNA مربوط به گياهان تراريخت استفاده شد. نتايج حاصل عملكرد مناسب سامانه تهيه شده را نشان داد. ضمنا ميزان بهينه طول اندازه فضا پركن عمودي و اندازه نانوذرات براي دستيابي به يك عملكرد مناسب به دست آمد.

زراعت مولكولي داراي پتانسيل بالايي در توليد نامحدود واكسن‌ها، آنتي‌بادي‌ها، پروتئين‌هاي دارويي و آنزيم‌ها مي‌باشد. تحقيقات نشان داده كه واكسن‌ها و پروتئين‌هاي نوتركيب توليد شده بر پايه گياه عموماً به‌عنوان تركيبات كم خطر و معقول از نظر هزينه در نظر گرفته مي‌شوند، ولي نمونه‌هاي موفق تجاري توليد در گياهان بسيار اندك است. يكي از دلايل اين عدم موفقيت، بيان پايين ژن خارجي و مشكلات موجود در دستورزي ژنتيكي گياه هدف مي‌باشد. جهت توليد مناسب پروتئين‌هاي خارجي در سيستم‌هاي گياهي، اولين قدم انتخاب گياه متناسب با هدف، انتخاب پيشبر مناسب، ساخت و طراحي صحيح سازۀ ژني مناسب آن گياه و در نهايت روش صحيح انتقال ژن است. غلات از جمله گياه ذرت براي اين منظور ابزار مناسبي هستند، زيرا دانه‌هاي غلات محتواي آب اندكي است و به طور طبيعي قادرند پروتئين‌هاي توليدي را براي دوره‌هاي طولاني بدون فساد و مناسب براي مصارف تجاري نگهداري كنند. از اين رو، هدف از اين تحقيق بررسي و تاييد فرآيند بيان يك مجموعه ژني در گياه ذرت است. اين سازه ژني شامل يك پيشبر مناسب مانند يوبيكوئيتين-1 ذرت بوده كه يك پيشبر دائمي است و منجر به سطح مناسبي از بيان در بافت برگ و بذر مي‌گردد. با بهينه سازي سازه ژني هدف بر اساس ترجيح كدوني گياه ذرت و انتقال آن به بذر گياه ذرت به روش امواج فراصوت با استفاده از نانوذرات سليكا مزومتخلخل، مي‌توان به هدف توليد هر نوع پروتئين نوتركيب در گياه ذرت رسيد. در ادامه حضور ژن مورد نظر در گياهان ذرت تراريخته كه در محيط حاوي علفكش (به عنوان ماده گزينشگر) رشد كرده بودند، با روش مولكولي PCR، روش فيزيولوژيكي و وسترن بلات با آنتي‌بادي‌هاي اختصاصي تاييد گرديد. ميزان بيان در بذر و برگ گياه ذرت نيز با استفاده از روش الايزا تعيين شد كه بيانگر كارايي بالاي استفاده از بذر گياه ذرت براي توليد پروتئين‌هاي نوتركيب مي‌باشد.