O'SIMLIKLARNING MOZAIKA VIRUSLI KASALLIGINI ELEKTR IMPULSI YORDAMIDA DIAGNOSTIKA QILISH

IZLANUVCHI Vol. 2 No. 1 ILMIY-METODIK JURNALI WWW.PHOENIXPUBLICTAION.NET 300 O‘SIMLIKLARNING MOZAIKA VIRUSLI KASALLIGINI ELEKTR IMPULSI YORDAMIDA DIAGNOSTIKA QILISH Bozorov Elmurod Ostanovich “Toshkent irrigatsiya va qishloq xo'jaligini mexanizatsiyalash muhandislari instituti” Milliy tadqiqot universiteti. Texnologik jarayonlarni avtomatlashtirish va boshqarish kafedrasi dotsenti (PhD). E-mail: [email protected] Boboyorov Azizjon Eshmuminovich Buxoro davlat texnika universiteti. Texnologik jarayonlar va ishlab chiqarishni avtomatlashtirish kafedrasi assistenti, E-mail: [email protected] Annotatsiya. Ushbu maqolada o'simlik viruslari butun dunyo bo'ylab ekinlarni yo'qotish va yuqori iqtisodiy xarajatlarni keltirib chiqaradigan asosiy omillardir. O'simliklarning virusli kasalliklariga qarshi kurash strategiyalarini ishlab chiqish uchun ishonchli va erta aniqlash usullari talab qilinadi. Tamaki mozaikasi virusi (TMV) bugungi kunda eng ko'p o'rganilgan viruslardan biridir. U keng tarqalgan bo'lib, tamaki, pomidor, bolgar qalampiri va Solanaceae oilasining boshqa a'zolarini[1], shuningdek, 30 ga yaqin oilalardagi o'simliklarni yuqtiradi, sutemizuvchilar uchun esa zararsizdir. Kalit soʻzlar: pomidor oʻsimligi, mozaika virusli kasalligi, elektr impedans spektroskopiyasi, elektr impuls, sensorlar, elektrolitlar, ZP o'lchovi, zarracha analizatori. Аннотация. В данной статье вирусы растений рассматриваются как основные факторы, вызывающие потери урожая и высокие экономические издержки во всем мире. Для разработки стратегий борьбы с вирусными заболеваниями растений необходимы надежные и ранние методы выявления. Вирус табачной мозаики (ВТМ) — один из наиболее изученных вирусов на сегодняшний день. Он широко распространен, поражая табак, томат, болгарский перец и другие растения семейства пасленовых[1], а также растения примерно 30 других семейств, и безвреден для млекопитающих. Ключевые слова: томат, вирусная мозаика, электроимпедансная спектроскопия, электрический импульс, датчики, электролиты, измерение нулевой плотности заряда (ZP), анализатор частиц. Abstract. In this article, plant viruses are the main factors causing crop losses and high economic costs worldwide. Reliable and early detection methods are required to develop strategies to control plant viral diseases. Tobacco mosaic virus (TMV) is one of the most widely studied viruses today. It is widespread, infecting tobacco, tomato, IZLANUVCHI Vol. 2 No. 1 ILMIY-METODIK JURNALI WWW.PHOENIXPUBLICTAION.NET 301 bell pepper and other members of the Solanaceae family[1], as well as plants from about 30 other families, and is harmless to mammals. Keywords: tomato plant, mosaic virus disease, electrical impedance spectroscopy, electrical impulse, sensors, electrolytes, ZP measurement, particle analyzer. Kirish. Hozirda bizning kundalik muhitimizda viruslarni sezadigan texnologiya mavjud emas. Mavjud virusni aniqlash usullari infektsiyalangan shaxslarga tashxis qo'yishga qaratilgan bo'lib, ularni uchta asosiy guruhga ajratish mumkin: (1) genomik ma'lumotlardan foydalanadigan va polimeraza zanjiri reaktsiyasi va metagenomik tahlilga asoslangan; (2) antikorlar, shakar zanjirlari va peptid aptamerlari kabi birikmalarning molekulyar tanib olish yoki retseptorlarini bog'lash funktsiyalaridan foydalanadiganlar; (3) viruslarning elektr yoki optik xususiyatlariga asoslanganlar Elektr impedans spektroskopiyasi (EIS) yoki boshqa elektr o‘lchov usullari o‘simlik to‘qimalarining fiziologik o‘zgarishlarini aniqlashda, shu jumladan virusli kasalliklarni erta aniqlashda qo‘llaniladi[1, 2, 3, 4]. EIS o‘simlik barglari yoki poyalaridagi elektr qarshiligini o‘lchaydi. Virusli infektsiyalar hujayra membranalarining o‘tkazuvchanligini o‘zgartiradi, bu impedans qiymatlarida ifodalanadi. Masalan, pomidor barglarida hujayra devorlari va membranalarining zararlanishiga olib keladi, bu elektr o‘tkazuvchanlikni oshiradi. Pomidor barglariga elektrodlar joylashtirilib, turli chastotalarda (masalan, 1 Hz dan 1 MHz gacha) elektr impulslari yuboriladi. Infektsiyalangan barglar sog‘lom barglarga nisbatan boshqacha impedans ko‘rsatadi. Pomidor barglariga kichik elektrodlar yoki sensorlar joylashtirilib, EIS uskunalari bilan o‘lchovlar olinadi. Bu usul issiqxonalarda yoki laboratoriyalarda sinovdan o‘tkaziladi. Masalan, portativ EIS qurilmalari yordamida real vaqtda diagnostika mumkin. O‘simliklarning mozaika kasalligi (odatda, virusli, masalan, Tobacco Mosaic Virus - TMV yoki Tomato Mosaic Virus - ToMV sababli)ni elektr impulsi yordamida diagnostika qilish bo‘yicha tadqiqotlar mavjud, ammo bu soha hali rivojlanmoqda va asosan laboratoriya bosqichida. TMV zarrachalari nanotubasimon tuzilishga ega (uzunligi: 300 nm, tashqi diametri: 18 nm, ichki kanali: 4 nm). Har bir TMV nanotubkasi 2130 spiral usulda joylashtirilgan bir xil qobiq oqsili bo'linmalari orasiga o'rnatilgan bir zanjirli DNKdan iborat. Elektr impulsi (masalan, elektr impedans spektroskopiyasi - EIS yoki mikrofluidik impedans sensorlari) o‘simlik to‘qimalaridagi elektr qarshiligini o‘lchash orqali virusli infektsiyalarni erta aniqlashga yordam beradi[5, 6]. Virus hujayra membranalarining o‘tkazuvchanligini o‘zgartiradi, bu impedans qiymatlarida aks etadi. Quyida ushbu usulning pomidor yoki tamaki mozaika virusini (TMV/ToMV) diagnostika qilishdagi qo‘llanilishi ilmiy tadqiqotlardan olingan. TMVni aniqlashga misol sifatida sirt plazmon rezonansi (SPR) va kvarts-kristal mikrobalans (QCM) ga asoslangan biosensorlar kiritildi. Ushbu sensorlar molekulyar bosilgan polimerlarga tayanadi, chunki retseptor qatlami aniqlanadigan nanozarrachalarning geometrik tuzilishiga IZLANUVCHI Vol. 2 No. 1 ILMIY-METODIK JURNALI WWW.PHOENIXPUBLICTAION.NET 302 taqlid qiladi. Bunga bilan, dala effektli va bioelektronik qurilmalar zaryadga sezgir qurilmalar sifatida bunday zarrachalarni to'g'ridan-to'g'ri, yorliqsiz elektr monitoringini ta'minlaydi; birinchi navbatda, ular ko'plab kimyoviy sensorlar va biosensorlarni ishlab chiqish uchun keng qo'llanilgan[1, 2, 3, 4]. Materiallar va usullar. Model oʻsimlik virusi zarralari shaklida biz genetik jihatdan modifikatsiyalangan TMV variantidan har bir qatlam oqsilida sistein qoldigʻi bilan foydalanamiz sensor yuzasida fermentlarni yuqori zichlikdagi immobilizatsiya qilish uchun nano-iskela vazifasini bajaradi. Ikki funktsiyali maleimidpolietilenglikol-biotin birikmalari ushbu sistemaning joylarining guruhlari bilan kovalent bogʻlangan. 10 nm natriy-kaliy-fosfat tamponidagi 125 nm (5 mg / ml) konsentratsiyali TMV eritmasi °C. oʻlchovlari uchun TMV stok eritmasi 10 nm SPP (15 mm ion kuchi) bilan 0,1 mg / ml (2,5 nM) konsentratsiyasiga suyultiriladi titrlash orqali pH 7 va pH 3 orasidagi turli pH qiymatlariga oʻrnatiladi. TMV yuklash eksperimentlari uchun TMV eritmasini pH 7 va 0,15nm ion kuchi bilan suyultirish orqali har xil konsentratsiyali TMV eritmalari tayyorlanadi[4, 5, 6]. EIS sensorlari eshik izolyatori/yechim interfeysida yuzaga keladigan har qanday potentsial oʻzgarishlarga sezgir sanaldi. P-tipli yarimoʻtkazgichda, ushbu tadqiqotda qoʻllanilganidek, manfiy zaryadlangan zarrachalarning, masalan, TMV zarrachalarining adsorbsiyasi yarimoʻtkazgichdagi kosmik zaryad hududining kengligini kamaytiradi, bunda sensor tuzilishining umumiy sigʻimi ortadi. Kapasitanskuchlanish ( C-V ) rejimida EIS sensorlarining xarakteristikasi bilan, bu oʻlchov egri chizigʻining koʻproq ijobiy (yoki kamroq salbiy) kuchlanishlarga siljishiga olib keladi. Ushbu tadqiqotda qoʻllaniladigan ConCap oʻlchash rejimida C-V egri chizigʻining kamayish mintaqasidagi sigʻim (odatda maksimal sigʻimning ~ 60%) mos yozuvlar elektrodga ishorali teskari kuchlanishni qoʻllash orqali doimiy ravishda oʻrnatiladi va shu bilan TMV zarralarining adsorbsiyasi natijasida hosil boʻlgan eshik yuzasidagi potentsial oʻzgarishlarni qoplaydi[9]. Shunday qilib, EIS sensori javobi (chiqish signali) vaqt oʻtishi bilan dinamik tarzda qayd etiladi. Taqdim etilgan dala effekti sensori TMV zarralarini ichki zaryadiga koʻra aniqlaganligi sababli, elektrolit eritmalarining ion kuchi muhim parametrdir[8]. Virus zarralarining zaryadi qisman teskari ionlar tomonidan tekshirilishi mumkin. Shunday qilib, eritmaning ion kuchi sensorning harakatiga taʼsir qiladi va TMV adsorbsiyasiga ham taʼsir qilishi mumkin. Shu bois, ushbu tadqiqotda ishlatiladigan barcha elektrolit eritmalari uchun konsentratsiya va ion kuchi koʻrsatilgan. SiO2 EIS datchiklari bilan TMV zarralarini aniqlash uchun EIS chiplari 1rasmda koʻrsatilganidek, uy qurilishi oʻlchov kamerasiga oʻrnatilgan va O-ring bilan muhrlangan. Shunday qilib, elektrokimyoviy oʻlchovlar paytida TMV adsorbsiyasi va elektrolitlar eritmasi bilan aloqa qilish uchun SiO2 eshik yuzasining 0,5sm2 qismiga kirish mumkin edi. Yoʻnaltiruvchi elektrod oʻlchov eritmasiga botirildi va impedans analizatoriga ulashdi. Al-orqa tomon aloqasini impedans analizatoriga ulash orqali, elektr zanjiri yopildi[4, 10]. IZLANUVCHI Vol. 2 No. 1 ILMIY-METODIK JURNALI WWW.PHOENIXPUBLICTAION.NET 303 1-rasm. Mozaikaga o'xshash naqshli TMV bilan zararlangan barg sxemasi. Chapda muntazam ravishda buyurtma qilingan qobiq oqsillari bilan TMV nanotubkasining eskizi markazda joylashgan. TMV bilan o'zgartirilgan EIS datchigi p-dopinglangan kremniy, SiO 2 eshik izolyatori va alyuminiy orqa tomon kontakti o'ngda bilan sxematik o'lchov sozlamalari mavjud[6]. Tadqiqot natijalari va muhokamasi. pH qiymatiga qarab EIS sensori zarracha zaryadining belgisini taqdim etadi. Shu tariqa, zaryadlangan TMV zarralarining eshik yuzasiga adsorbsiyasi tufayli yuzaga keladigan signal o'zgarishining bashorat qilingan yo'nalishini aniqlash mumkin. Mahalliy TMV ning pI (shtamm o’lchami) taxminan pH 3,5 deb belgilangan: TMV zarralari 3,5 dan yuqori pH qiymatlarida manfiy zaryadlanadi va 3,5 dan past pH qiymatlarida musbat zaryadlanadi. Bizning mavjud bilimlarimizga ko'ra, adabiyotda biotinlangan TMV zarralarining pI haqida hech qanday ma'lumot mavjud emas. Shuning uchun ushbu tadqiqot davomida tahlil qilindi. PI ni aniqlash uchun tanlangan aniq usul sifatida ZP o'lchovi qabul qilindi. ZP harakatsiz va mobil qatlamlar orasidagi sirpanish tekisligidagi elektr potensialini ko'rsatadi, bu elektr ikki qatlam nazariyasi bilan belgilanadi. Ushbu ishda ZP tahlili Litesizer 500™ zarracha analizatori dinamik yorug'lik tarqalishi usuli (DLS) bilan bajarildi. ZP pH 3 va pH 7 orasidagi turli pH qiymatlari uchun 660 nm lazer to'lqin uzunligida tekshirildi. Har bir pH qiymati uchun 25 °C da uchta individual o'lchov o'tkazildi[8]. ZP o'lchovlari uchun biotinlangan TMV zarralari 2,5 nM TMV konsentratsiyasi bilan 10 mM SPP buferida eritildi. ZP pH 3 va pH 7 o'rtasidagi turli pH qiymatlarida o'lchandi. 2rasmda o'zgaruvchan pH qiymatlari bilan uchta individual o'lchovning o'rtacha ZP qiymatlari keltirilgan. PH 3 da eng past qiymat uchun ZP 7,7 mV edi, pH 7 uchun esa -30,7 mV ga yetdi. E'tibor bering, pI o'lchangan ZP ning 0 mV o'qi bilan kesishish nuqtasi bilan belgilanadi[7]. IZLANUVCHI Vol. 2 No. 1 ILMIY-METODIK JURNALI WWW.PHOENIXPUBLICTAION.NET 304 2rasm. O'zgaruvchan pH qiymatlari PH 3 va pH 7 orasida turli pH qiymatlarida biotinlangan TMV ZP. O'lchovlar 25 °C da 2,5 nM TMV bilan amalga oshirildi. Xulosa Oʻsimlik toʻqimalarining elektr oʻtkazuvchanligi ularning sogʻligʻi va fiziologik holatiga bogʻliq. Nazariy jihatdan, virus bilan zararlangan oʻsimlik hujayralari sogʻlom hujayralardan farqli ravishda elektr impulsiga boshqacha reaksiyaga kirishadi. Bu farqni oʻlchash orqali kasallikni aniqlash mumkinligi taxmin qilinadi. Shu jihatdan TMV bilan o'zgartirilgan EIS sensori labaratoriyalarda juda aniqlik bilan qo’llaniladi. EIS sensori biologik yoki kimyoviy jarayonlarni elektr impedansining oʻzgarishi orqali oʻlchaydigan kuchli vositadir. Foydalanilgan adabiyotlar 1. Н.Т.Тошпулатов., Э.О.Бозоров., А.Х.Вахобов. изучение воздействия высоковольтных электрических импульсных разрядов на вирус табачной мозаики (ВТМ). Узбекский журнал проблемы информатики и энергетики. №1, 2001 г 2. E. O. Bozorov, Nematodaga qarshi elektro impulsli ishlov berish. Texnika fanlari boʻyicha falsafa doktori (PhD) dissertatsiyasi, Toshkent (2019). 3. Н.Т. Тошпулатов, Э.О. Бозоров, Способ электроимпульсной обработки растений, Патент IAP 0429 02.04.2003. 4. Jablonski M, Poghossian A, Severins R, Keusgen M, Wege C, Schöning MJ. Capacitive field-effect biosensor studying adsorption of tobacco mosaicvirus particles. Micromachines. 2021;12:57. https://doi.org/10.3390/mi12010057.https://journals.researchparks.org/index.php/IJIE 5. Melanie Jablonski., Arshak Poghossian., Michael Keusgen., Christina Wege., Michael J. Schöning. Detection of plant virus particles with a capacitive field-effect sensor. Analytical and Bioanalytical Chemistry (2021) 413:5669–5678. https://doi.org/10.1007/s00216-021-03448-8 / Published online: 9 July 2021. IZLANUVCHI Vol. 2 No. 1 ILMIY-METODIK JURNALI WWW.PHOENIXPUBLICTAION.NET 305 6. Islom W, Qosim M, Ali N, Tayyab M, Chen S, Vang L. Tabiiy metabolitlar orqali tamaki mozaikasi virusini boshqarish. Tavsiya. Nat. Prod. 2018;12:403–415. https://doi.org/10.25135/rnp.49.17.10.178 . 7. Fan XZ, Naves L, Siwak NP, Brown A, Culver J, Ghodssi R. Integration of genetically modified virus-like-particles with an optical resonator forselective biodetection. Nanotechnology 2015;26:205501. https://doi.org/10.1088/09574484/26/20/205501. 8. Alonso JM, Gorzniy MŁ, Bittner AM. Tamaki mozaikasi virusi va biotexnologiyada virusga asoslangan qurilmalar fizikasi. Trends Biotexnol. 2013;31:530–538. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2013.05.013 9. Greben K, Li P, Mayer D, Offenhäusser A, Wördenweber R. Immobilization and surface functionalization of gold nanoparticles monitored via streamingcurrent/potential measurements. J. Phys. Chem. B. 2015;119:5988–5994. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.5b02615. 10. Lowe BM, Sun K, Zeimpekis I, Skylaris C-K, Green NG. Field-effect sensors - from pH sensing to biosensing: sensitivity enhancement usingstreptavidin-biotin as a model system. Analyst 2017;142:4173–4200. https://doi.org/10.1039/C7AN00455A.