Un giorno potrebbe mettere radici una nuova forma di controllo dei parassiti agricoli, che tratti le infestazioni delle colture in profondità nel terreno in modo mirato e con meno pesticidi.
Gli ingegneri dell’Università della California a San Diego hanno sviluppato nanoparticelle, ricavate da virus vegetali, in grado di trasportare molecole di pesticidi nelle profondità del suolo precedentemente irraggiungibili. Questo progresso potrebbe potenzialmente aiutare gli agricoltori a combattere efficacemente i nematodi parassiti che infestano le zone radicali delle colture, il tutto riducendo al minimo i costi, l'uso di pesticidi e la tossicità ambientale.
Il controllo delle infestazioni causate da nematodi che danneggiano le radici è da tempo una sfida in agricoltura. Uno dei motivi è che i tipi di pesticidi utilizzati contro i nematodi tendono ad aderire agli strati superiori del terreno, rendendo difficile raggiungere il livello delle radici dove i nematodi provocano il caos. Di conseguenza, gli agricoltori spesso ricorrono all’applicazione di quantità eccessive di pesticidi, nonché all’acqua per lavare i pesticidi fino alla zona delle radici. Ciò può portare alla contaminazione del suolo e delle falde acquifere.
Per trovare una soluzione più sostenibile ed efficace, un team guidato da Nicole Steinmetz, professoressa di nanoingegneria presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego e direttrice fondatrice del Center for Nano-ImmunoEngineering, ha sviluppato nanoparticelle di virus vegetali in grado di trasportare molecole di pesticidi in profondità nel terreno, proprio dove sono necessari. Il lavoro è dettagliato in un articolo pubblicato su Nano Letters .
Il team di Steinmetz si è ispirato alla nanomedicina, dove vengono create nanoparticelle per la somministrazione mirata di farmaci, e ha adattato questo concetto all'agricoltura. Questa idea di riutilizzare e riprogettare materiali biologici per diverse applicazioni è anche un'area di interesse del Centro di scienza e ingegneria dei materiali (MRSEC) della UC San Diego, di cui Steinmetz è co-responsabile.
"Stiamo sviluppando un approccio agricolo di precisione in cui creiamo nanoparticelle per la distribuzione mirata di pesticidi", ha affermato Steinmetz, autore senior dello studio. "Questa tecnologia promette di migliorare l'efficacia del trattamento sul campo senza la necessità di aumentare il dosaggio dei pesticidi."
Il protagonista di questo approccio è il virus del mosaico verde delicato del tabacco, un virus vegetale che ha la capacità di muoversi facilmente nel terreno. I ricercatori hanno modificato queste nanoparticelle virali, rendendole non infettive per le colture rimuovendo il loro RNA. Hanno poi mescolato queste nanoparticelle con soluzioni di pesticidi in acqua e le hanno riscaldate, creando nanoparticelle sferiche simili a virus piene di pesticidi attraverso una semplice sintesi in un unico vaso.
Questa sintesi one-pot offre diversi vantaggi. Innanzitutto, è conveniente, con solo pochi passaggi e un processo di purificazione semplice. Il risultato è un metodo più scalabile, che apre la strada a un prodotto più conveniente per gli agricoltori, ha osservato Steinmetz. In secondo luogo, confezionando semplicemente il pesticida all'interno delle nanoparticelle, anziché legarlo chimicamente alla superficie, questo metodo preserva la struttura chimica originale del pesticida.
"Se avessimo utilizzato un metodo sintetico tradizionale in cui colleghiamo le molecole dei pesticidi alle nanoparticelle, avremmo essenzialmente creato un nuovo composto, che dovrà passare attraverso un processo di registrazione e approvazione normativa completamente nuovo", ha affermato Adam Caparco, primo autore dello studio. , un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Steinmetz.
"Ma dal momento che stiamo semplicemente incapsulando il pesticida all'interno delle nanoparticelle, non stiamo cambiando l'ingrediente attivo, quindi non avremo bisogno di ottenere una nuova approvazione. Ciò potrebbe aiutare ad accelerare la traduzione di questa tecnologia sul mercato."
Inoltre, il virus del mosaico verde delicato del tabacco è già approvato dall’Environmental Protection Agency (EPA) per l’uso come erbicida per controllare una pianta invasiva chiamata mela soda tropicale. Questa approvazione esistente potrebbe semplificare ulteriormente il percorso dal laboratorio al mercato.
I ricercatori hanno condotto esperimenti in laboratorio per dimostrare l'efficacia delle loro nanoparticelle ricche di pesticidi. Le nanoparticelle sono state innaffiate attraverso colonne di terreno e hanno trasportato con successo i pesticidi ad una profondità di almeno 10 centimetri. Le soluzioni sono state raccolte dal fondo delle colonne di terreno e si è scoperto che contenevano nanoparticelle ricche di pesticidi. Quando i ricercatori hanno trattato i nematodi con queste soluzioni, hanno eliminato almeno la metà della popolazione in una capsula di Petri.
Anche se i ricercatori non hanno ancora testato le nanoparticelle sui nematodi che si annidano sotto il suolo, notano che questo studio segna un significativo passo avanti.
"La nostra tecnologia consente di utilizzare nel terreno pesticidi destinati a combattere i nematodi", ha affermato Caparco. "Questi pesticidi da soli non possono penetrare nel terreno. Ma con le nostre nanoparticelle, ora hanno mobilità nel suolo, possono raggiungere il livello delle radici e potenzialmente uccidere i nematodi."
La ricerca futura comporterà il test delle nanoparticelle su piante infestate reali per valutarne l’efficacia in scenari agricoli reali. Il laboratorio di Steinmetz eseguirà questi studi di follow-up in collaborazione con l'Horticultural Research Laboratory degli Stati Uniti. Il suo team ha inoltre stabilito piani per una partnership industriale volta a trasformare le nanoparticelle in un prodotto commerciale.
Ulteriori informazioni: Adam A. Caparco et al, Consegna di nematocidi utilizzando nanoparticelle sferiche derivate da TMGMV, Nano lettere (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01684
Informazioni sul giornale: Nanolettere
Fornito dall'Università della California - San Diego
