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  • Il metodo di somministrazione dei farmaci promette bene per il controllo dei parassiti delle colture

    Radici di una pianta di mais infetta da nematodi endoparassiti (in rosso). La pianta viene trattata con un pesticida (sfera viola) incapsulato nel virus del mosaico verde delicato del tabacco (barre grigie). Il virus aumenta la diffusione del pesticida a livello radicale della pianta, dove risiede il nematode, aumentando così l'efficacia del trattamento. Credito:Case Western Reserve University

    I ricercatori della Case Western Reserve University stanno applicando la tecnologia di somministrazione dei farmaci all'agricoltura per controllare i nematodi parassiti in modo più efficace e sicuro.

    I minuscoli nematodi, o nematodi, causare 157 miliardi di dollari di perdite di raccolto in tutto il mondo ogni anno, altri ricercatori stimano, soprattutto perché sono fuori dalla portata dei pesticidi. Le sostanze chimiche si disperdono male nel suolo, mentre i parassiti si nutrono delle radici delle piante ben al di sotto della superficie.

    Di conseguenza, gli agricoltori applicano grandi quantità di pesticidi, che possono aumentare le concentrazioni chimiche negli alimenti o defluire e danneggiare altre parti dell'ambiente, che hanno tutti dei costi.

    Ma i ricercatori di ingegneria biomedica della Case Western Reserve potrebbero aver trovato una soluzione efficace.

    "Usiamo nanoparticelle biologiche, un virus vegetale, per fornire un pesticida, " ha detto Paul Chariou, uno studente di dottorato in ingegneria biomedica presso Case Western Reserve e autore di uno studio sul processo pubblicato sulla rivista ACS Nano . "L'uso della nanoparticella aumenta la diffusione del suolo diminuendo il rischio di lisciviazione e ruscellamento, riducendo la quantità di sostanze chimiche nelle colture alimentari e riducendo i costi per il trattamento delle colture".

    Chariou ha lavorato con Nicole Steinmetz, il George J. Picha Professor in Biomaterials nominato dalla Case Western Reserve School of Medicine.

    I nematodi parassiti si nutrono di una vasta gamma di colture, compreso il mais, Grano, caffè, semi di soia, patate e una miriade di alberi da frutto. I danni che provocano alle radici compromettono la capacità delle piante di assorbire acqua e sostanze nutritive, che può uccidere le giovani piante e ridurre i raccolti nelle piante mature.

    Per cercare di fornire più pesticidi alle radici, i ricercatori hanno utilizzato il virus del mosaico verde delicato del tabacco (TMGMV). Il virus è usato in Florida come pesticida per controllare un'erba infestante, ma è benigno per i nematodi.

    TMGMV può infettare i pomodori, melanzane e altre solenacee, ma non è una minaccia per quasi 3, 000 altre specie di piante che soffrono di infezioni da nematodi.

    Il virus si autoassembla in una struttura tubolare, 300 nanometri di lunghezza per 18 nanometri di larghezza, con un canale cavo largo 4 nanometri.

    Come prova del concetto per questo studio, i ricercatori hanno testato le nanoparticelle derivate dal virus della pianta con un nematocida chiamato cristalvioletto, che è stato usato per uccidere i nematodi sulla pelle ma non in agricoltura.

    I ricercatori hanno sfruttato la chimica di superficie per caricare le molecole di cristalvioletto caricate positivamente nel canale caricato negativamente della nanoparticella virale. Ogni particella virale trasportava circa 1, 500 molecole di cristalvioletto.

    In esperimenti di laboratorio con condizioni che imitano i terreni delle colture con un pH di 5, il nematocida è rimasto attaccato mentre le particelle virali venivano applicate e diffuse attraverso il terreno. "A livello della radice, il nematocida si diffonde dal virus nel tempo, " Ha detto Chariou. I terreni più caldi e più acidi hanno causato il rilascio più rapido della sostanza chimica.

    Nei test con il nematode Caenorhabdiis elegans, in una coltura liquida, gli scienziati hanno confermato che i nematodi sono stati paralizzati e uccisi dal trattamento con la nanoparticella virale infusa con il farmaco - questo perché il farmaco si diffonde dal suo vettore nel tempo permettendogli di interagire con i nematodi. Come meccanismo di uccisione secondario, il ricercatore ha anche notato che i nematodi stavano mangiando le nanoparticelle. Il cristalvioletto è stato rilasciato nello stomaco degli animali, paralizzandoli e uccidendoli.

    Più importante, Le particelle virali che trasportano nematocidi si disperdono meglio quando vengono applicate alla superficie del suolo e rendono disponibili più molecole per uccidere i nematodi a livello delle radici.

    Chariou e Steinmetz stanno ora testando il sistema di somministrazione utilizzando pesticidi chimici approvati per le colture e stanno sviluppando un modello informatico per comprendere meglio e, in definitiva, ottimizzare la capacità della nanoparticella di diffondersi attraverso il suolo.


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