Smartphones werden von Kartoffelagronomen zunehmend als Feldlabore eingesetzt, wobei CRISPR-Enzyme, isotherme DNA-Amplifikation und optische Auslesung kombiniert werden. Diese Plattformen, die bereits für Phytophthora infestans (Spätfäule) eingesetzt werden, werden nun für Alternaria solani, den Erreger der Frühfäule, angepasst. Diese Krankheit verringert die Erträge und erhöht die Spritzkosten.
Frühe Braunfäule beginnt in der Regel mit kleinen, dunklen Flecken auf den unteren Blättern, aber die visuelle Diagnose ist oft unzuverlässig und kann zu unnötigen Fungizidbehandlungen führen. Ein schneller molekularer Test im Feld würde helfen, den Spritzzeitpunkt genauer zu bestimmen.
Ein praktisches Verfahren kombiniert Rekombinase-Polymerase-Amplifikation (RPA), CRISPR-Cas12a-Detektion und Smartphone-Auswertung. RPA verstärkt DNA-Fragmente innerhalb von etwa 20 Minuten bei 37–42 °C. Cas12a, gesteuert durch RNA-Sequenzen, aktiviert eine kollaterale Schneideaktivität, die ein fluoreszierendes oder farbveränderndes Signal erzeugt. Die Auswertung erfolgt mit Hilfe von Aufsatzlinsen oder einfachen kolorimetrischen Apps. Die Vorbereitung der Proben kann mit vereinfachten Puffermethoden, Papier-Teststreifen oder Mikronadel-Patches erfolgen, die innerhalb einer Minute DNA aus Blattgewebe extrahieren.
Aktuelle Studien zeigen, dass dies machbar ist. Im Jahr 2025 detektierte ein in ein Smartphone integriertes RPA-CRISPR-Cas12a-System Phytophthora infestans innerhalb von 60-90 Minuten und bei Konzentrationen um 2 pg/µL, noch bevor Symptome sichtbar waren. Eine andere Studie bestätigte die Spezifität von RPA-CRISPR für Alternaria-Arten in Weizen. Smartphone-basierte kolorimetrische Plattformen wie RAVI-CRISPR und die MagicEye-App zeigten unter Feldbedingungen eine zuverlässige Leistung.
Ein feldtauglicher Nachweisprozess für frühes Braunfäule würde aus Mikronadel-Probenahme, 20-minütiger RPA-Amplifikation, 10–20-minütiger CRISPR-Detektion und Analyse über Smartphone-Apps bestehen. So können innerhalb von 90 Minuten Entscheidungen getroffen werden, wodurch Fungizidbehandlungen auf der Grundlage des bestätigten Vorhandenseins von Alternaria solani verschoben oder vorgezogen werden können.
Die analytische Leistung hängt von der Wahl des Designs der Leitungen ab, um Kreuzreaktionen mit Alternaria alternata und anderen Blattkrankheiten zu vermeiden. Spezifität, Robustheit gegenüber Inhibitoren in Kartoffelgewebe und Kontaminationsprävention sind wichtige Punkte, die es zu beachten gilt. Temperaturbeständige Reagenzien, geschlossene Röhrchenchemie und standardisierte Telefonoptik werden entwickelt, um Abweichungen zu reduzieren.
Im Vergleich zu Scouting und hyperspektraler Bildgebung erkennt CRISPR direkt die DNA des Krankheitserregers, was eine Bestätigung anstelle eines indirekten Stresssignals bietet. Obwohl PCR weiterhin der Laborstandard ist, bietet CRISPR eine tragbare, sequenzspezifische Alternative mit einer schnelleren Durchlaufzeit als LAMP-Tests.
Zu den Herausforderungen bei der Implementierung gehören die im Vergleich zu LAMP höheren Kosten und die Notwendigkeit von Validierungsdaten, bevor Verarbeiter und Käufer die Ergebnisse in ihre Lieferkette integrieren können. Multiplex-Kits können die Diagnostik auf Spätfäule, Schwarzfäule und Weichfäule-Erreger ausweiten, sodass eine einzige Smartphone-Plattform als breiteres Feldlabor fungieren kann.
Forscher stellen fest, dass Klimaauswirkungen und Marktunsicherheiten die Einführung der Präzisionsdiagnostik beschleunigen. Es wird erwartet, dass sich Smartphone-CRISPR-Tests für frühes Braunfäule innerhalb von ein bis zwei Jahren von experimentellen Prototypen zu praktischen Feldkits entwickeln werden.
Quelle: Potato News Today
