Kommunicerar med växter genom bioelektronik

Jordbruk och skogsbruk står inför stora utmaningar med klimatförändringar och en växande befolkning. På Linköpings universitet utvecklas helt nya sätt att kommunicera med växter via bioelektronik. Förhoppningen är att kunna avläsa hur yttre påfrestningar och stress påverkar växter och hitta sätt att göra dem mer robusta.

Växter är helt livsnödvändiga, inte bara som livsmedel och material, utan för att producera syre, fånga upp koldioxid, motverka erosion och skapa en stabil och livskraftig miljö för hela planeten. Nu hotas de emellertid av den globala uppvärmningen, samtidigt som en kraftigt växande befolkning ställer allt högre krav på växternas produktivitet. Därför är det avgörande att få en djupare förståelse för växter och utveckla sätt att mildra och motverka effekter av ett föränderligt klimat.
– Växter har inget nervsystem som människor och djur. Men de har elektriska signaler och de reagerar på stress. Vårt mål är att utveckla teknologi för att kunna avkodifiera och förstå de elektriska signalerna i hela växten och att använda bioelektroder för att stimulera att de frodas, berättar Eleni Stavrinidou, biträdande professor och forskningsledare på Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet. Eleni har en bakgrund inom fysik, nanoteknologi och bioelektronik.

Banbrytande grundforskning
Teknologin bygger bland annat på att forskarna använder en tunn plastfilm med ett stort antal inbyggda elektroder, som sedan täcker en stor del av växtens yta. På så sätt kan de studera de elektriska signalerna i hög upplösning, från cellnivå till hela organismen. Det är banbrytande grundforskning att använda elektroder på det här viset i växter. Vanligtvis används teknologin på människor eller djur. På sikt kan teknologin innebära att vi får ett sätt att kommunicera med växtvärlden.
– Vi kartlägger hur signalerna genereras och sprids när växten utsätts för stress. Sedan studerar vi hur signalerna står i relation till molekylära mekanismer i växten för att på ett precist sätt förstå vad signalen betyder, förklarar Eleni.
Teknologin kan användas på distans i skogen och på åkrar för att fånga upp stressignaler i plantorna innan de tar skada. Den skulle också kunna kombineras med robotik för att sprida utrustningen över stora arealer.

Öka tillväxt
Ett spår i forskningen är att utveckla bioelektroder som möjliggör användningen av elektricitet för att stimulera plantornas tillväxt och på så sätt öka deras produktivitet.
– Vi kan inte enbart förlita oss på biologiska metoder för att öka tillväxten i jordbruket och skogsbruket. Detta kan bli ett hållbart sätt att stimulera snabbare växande grödor, framhåller Eleni.
Teknologin kan komma till nytta i en rad områden inom växtvetenskap. Bland annat samarbetar Elenis team med universitet i Italien och Tyskland för att utveckla metoden. På sikt kan forskare mer brett inom det växtvetenskapliga fältet få användning för den.
– Vår specialitet är elektronik, men vi hoppas att den här nya kunskapen ska spridas till annan växtvetenskaplig forskning.Det finns stor potential att kombinera elektronik med mer konventionella metoder inom växtvetenskap, som exempelvis bildbehandling eller fenotypning, säger Eleni.
En framtida tvärvetenskaplig ansats kan också vara att kombinera bioelektronik med genetik för att främja egenskaper hos växterna som gör dem stresståliga.

Flera artiklar
Gruppen har publicerat ett flertal artiklar i ansedda tidskrifter och Eleni ser fram emot att fortsätta att utveckla teknologin.
– Jag är väldigt nöjd med resultaten hittills. Det är i högsta grad ett teamarbete och jag är väldigt tacksam över att ha så duktiga och engagerade gruppmedlemmar.
Forskningen om bioelektronik för växter har rönt stor uppmärksamhet och finansieras delvis av Stiftelsen för strategisk forskning inom ramen för programmet Framtidens forskningsledare. Eleni vill lyfta värdet av SSF-stödet, som inte bara innefattar pengar, utan även ledarskapsutbildning, nätverkande och studiebesök.
– Det finns ett tomrum att fylla när man är klar med sin postdoktor och ska ta en mer ledande roll. I det här programmet får vi praktisk träning i ledarskap och bygger väldigt bra nätverk. Det är otroligt värdefullt. Jag skulle gärna se fler program av den här typen.