偵測無聲殺手

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中大基因工程團隊找出及早發現香蕉病菌新法

在非洲肆虐超過二十年的香蕉病菌,令大量香蕉枯死,香港中文大學研發了一種全新偵測方法,可以快速及早發現它們。此方法由中大的基因工程團隊研製,他們於2019年在美國波士頓舉行的「國際遺傳工程機器設計世界賽」大型學術交流會議中榮獲金獎。團隊由十二位來自生物醫學學院、生命科學學院和生物醫學工程系的跨學院本科生組成,研究項目名為「香蕉救星:細菌性凋萎病菌的快速檢測」。

他們屢獲殊榮的發明是一套便攜式測試系統,可以保護香蕉種植園免受細菌性凋萎病菌的侵害,該具摧毁性的農作物疾病由野油菜黃單胞菌所引致。快速測試可以挽救數以百萬計蕉農的生計,因為香蕉就是他們賴以維生的重要家庭收入來源。

團隊由十二位來自生物醫學學院、生命科學學院和生物醫學工程系的跨學院本科生組成。

不只是熱帶水果

香蕉含豐富的碳水化合物和鉀,是最受歡迎的生果之一,但對非洲人而言,香蕉更是重要的經濟農作物——盧旺達三分之一的家庭,一半的食糧就是香蕉,而香蕉貿易的零售總值於2016年就已達到約二百至二百五十億美元。

細菌性凋萎病菌在2002年被發現。如果延遲對病菌作出干預和控制,非洲蕉農的生計及香蕉的產量均可損失高達100%,他們實在是活於病菌的陰霾之下。 引致這香蕉疾病的野油菜黃單胞菌,可以通過土壤、空氣、農具和已受感染的植物迅速蔓延。由於細菌性凋萎病菌肆虐,坦桑尼亞和盧旺達的香蕉銷售量下降了35%,香蕉價格也相應上升了一倍;在烏干達,2014年的香蕉產量相比2012年跌了一半,香蕉農田則鋭減39%; 其他由剛果民主共和國到肯尼亞和布隆迪的中非和東非的香蕉種植地區也面臨這病菌的威脅。

慘遭破壞的跡象

該疾病的常見病癥包括香蕉蕉葉發黃、雄芽變乾、成熟不均和滲出乳白色汁液,而當蕉農開始注意到這些跡象時,通常已經為時已晚,因為該病潛伏期可長達數月之久,在上述症狀出現之前,香蕉已可能廣泛地枯死。 為了去除其病原體,就必須將受感染的香蕉宿主,以及整個蕉園銷毀。

中大研究團隊認識到及早發現受感染的香蕉樹的迫切需要,因此着手為細菌性凋萎病菌開發一種快速、低成本和可在蕉林進行的偵測工具,以幫助農民、種植工人和檢疫部門及早發現病害,接着進行干預並停止其蔓延開去。

專家諮詢和公眾參與

「香蕉救星:細菌性凋萎病菌的快速檢測」項目的參與者首先進行有關該疾病的廣泛文獻研究,並訪問了各個方面的持份者,包括廣東省農業科學院的香蕉種植專家、醫學和基因工程專家、檢疫人員以及市民大眾。

研究團隊本想研究出一種能夠抵禦病菌感染的基因改造香蕉品種,但是他們進行了一項以大學生和高中生為主的調查後發現,30%的受訪者更喜歡野生食物,而不是基因改造食品,於是該項目的研究目標就改為研發一種早期檢測方法,以防止香蕉疾病於感染植物的首階段就開始傳播開去。

為達致最佳的研究設計,研究團隊還到訪中國農業科學院果樹研究所,並訪問了研究所專家。專家指出,細菌性凋萎病菌的檢測方法仍不成熟,即場於香蕉種植園偵測是值得研究的範疇。此觀點啟發了團隊研究細菌性凋萎病菌的輕便檢測套件,讓農夫可以將其帶到蕉園為香蕉進行測試。

早期檢測機制

回到中大的實驗室,他們開始構想一個快速檢測機制,就是將大腸桿菌轉化為細菌性凋萎病菌通訊信號的接收器。 其他大學也曾進行類似的實驗,在他們的基礎之上,中大的團隊修改了大腸桿菌的系統,並成功減少了假陽性的出現。 他們開發的測試方法可操控大腸桿菌的去氧核糖核酸,使之產生蛋白質,以偵測野油菜黃單胞菌的化學信號。 團隊還設計了一個在大腸桿菌細胞內的電路系統,系統中的擴散情訊號因子會觸發系統釋放紅色蛋白, 於是,如把受感染的香蕉樣本浸進專門的測試溶液中,溶液就會變成紅色,顯示野油菜黃單胞菌的存在。

研究的成果是一個便攜式、敏感度高及成本低的檢測套件,更可以偵測到感染初期濃度低的野油菜黃單胞菌。

細菌性凋萎病菌在2002年被發現。如果延遲對病菌作出干預和控制,非洲蕉農的生計及香蕉的產量均可損失高達100%,他們實在是活於病菌的陰霾之下。

面對挫折仍堅持

研究團隊的其中一位指導教授、生命科學學院陳廷峰副教授說:「學生為這研究項目做了充足的準備,他們為了解現實中香蕉疾病的問題,前赴廣東,與香蕉育種專家面談。 學生們除了為項目注入創新意念之外,他們的執着也令我印象深刻。 他們曾遇到重大挫折,幾乎在準備過程中途要從零開始,但是他們堅持,並努力不懈,最終成就了自己計劃要實現的目標。」

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