Algún día podría echar raíces una nueva forma de control de plagas agrícolas: una que trate las infestaciones de cultivos en las profundidades de la tierra de manera específica y con menos pesticidas.
por la Universidad de California – San Diego
Ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado nanopartículas, formadas a partir de virus vegetales, que pueden transportar moléculas de pesticidas a profundidades del suelo que antes eran inalcanzables. Este avance podría ayudar a los agricultores a combatir eficazmente los nematodos parásitos que plagan las zonas de raíces de los cultivos, al tiempo que minimiza los costos, el uso de pesticidas y la toxicidad ambiental.
Controlar las infestaciones causadas por nematodos que dañan las raíces ha sido durante mucho tiempo un desafío en la agricultura. Una razón es que los tipos de pesticidas utilizados contra los nematodos tienden a adherirse a las capas superiores del suelo, lo que dificulta llegar al nivel de las raíces donde los nematodos causan estragos. Como resultado, los agricultores suelen recurrir a la aplicación de cantidades excesivas de pesticidas, así como de agua para lavar los pesticidas hasta la zona de las raíces. Esto puede provocar la contaminación del suelo y de las aguas subterráneas.
Para encontrar una solución más sostenible y eficaz, un equipo dirigido por Nicole Steinmetz, profesora de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y directora fundadora del Centro de NanoinmunoIngeniería, desarrolló nanopartículas de virus vegetales que pueden transportar moléculas de pesticidas a profundidades. en el suelo, precisamente donde se necesitan. El trabajo se detalla en un artículo publicado en Nano Letters .
El equipo de Steinmetz se inspiró en la nanomedicina, donde se crean nanopartículas para la administración selectiva de fármacos, y adaptó este concepto a la agricultura. Esta idea de reutilizar y rediseñar materiales biológicos para diferentes aplicaciones también es un área de enfoque del Centro de Ingeniería y Ciencia de Investigación de Materiales (MRSEC) de UC San Diego, del cual Steinmetz es codirector.
«Estamos desarrollando un enfoque de agricultura de precisión en el que estamos creando nanopartículas para la administración selectiva de pesticidas», dijo Steinmetz, autor principal del estudio. «Esta tecnología promete mejorar la eficacia del tratamiento en el campo sin necesidad de aumentar la dosis de pesticidas».
La estrella de este enfoque es el virus del mosaico verde suave del tabaco, un virus vegetal que tiene la capacidad de moverse por el suelo con facilidad. Los investigadores modificaron estas nanopartículas de virus, eliminando su ARN, haciéndolas no infecciosas para los cultivos. Luego mezclaron estas nanopartículas con soluciones de pesticidas en agua y las calentaron, creando nanopartículas esféricas similares a virus llenas de pesticidas a través de una simple síntesis en un solo recipiente.
Esta síntesis en un solo recipiente ofrece varias ventajas. En primer lugar, es rentable, con sólo unos pocos pasos y un proceso de purificación sencillo. El resultado es un método más escalable, que allana el camino hacia un producto más asequible para los agricultores, señaló Steinmetz. En segundo lugar, al simplemente empaquetar el pesticida dentro de las nanopartículas, en lugar de unirlo químicamente a la superficie, este método preserva la estructura química original del pesticida.
«Si hubiéramos utilizado un método sintético tradicional en el que unimos las moléculas de pesticidas a las nanopartículas, esencialmente habríamos creado un nuevo compuesto, que necesitará pasar por un proceso de registro y aprobación regulatoria completamente nuevo», dijo el primer autor del estudio, Adam Caparco. , investigador postdoctoral en el laboratorio de Steinmetz.
«Pero como simplemente estamos encapsulando el pesticida dentro de las nanopartículas, no estamos cambiando el ingrediente activo, por lo que no necesitaremos obtener una nueva aprobación. Eso podría ayudar a acelerar la traducción de esta tecnología al mercado».
Además, el virus del mosaico verde suave del tabaco ya está aprobado por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) para su uso como herbicida para controlar una planta invasora llamada manzana de soda tropical. Esta aprobación existente podría agilizar aún más el camino desde el laboratorio hasta el mercado.
Los investigadores realizaron experimentos en el laboratorio para demostrar la eficacia de sus nanopartículas repletas de pesticidas. Las nanopartículas se regaron a través de columnas de suelo y transportaron con éxito los pesticidas a una profundidad de al menos 10 centímetros. Las soluciones se recogieron del fondo de las columnas de suelo y se descubrió que contenían nanopartículas llenas de pesticidas. Cuando los investigadores trataron a los nematodos con estas soluciones, eliminaron al menos la mitad de la población en una placa de Petri.
Si bien los investigadores aún no han probado las nanopartículas en nematodos que se esconden bajo el suelo, señalan que este estudio marca un importante paso adelante.
«Nuestra tecnología permite utilizar en el suelo pesticidas destinados a combatir los nematodos», dijo Caparco. «Estos pesticidas por sí solos no pueden penetrar el suelo. Pero con nuestras nanopartículas, ahora tienen movilidad en el suelo , pueden llegar al nivel de las raíces y potencialmente matar a los nematodos».
Las investigaciones futuras implicarán probar las nanopartículas en plantas infestadas reales para evaluar su eficacia en escenarios agrícolas del mundo real. El laboratorio de Steinmetz realizará estos estudios de seguimiento en colaboración con el Laboratorio de Investigación Hortícola de EE. UU. Su equipo también ha establecido planes para una asociación industrial destinada a convertir las nanopartículas en un producto comercial.
Más información: Adam A. Caparco et al, Entrega de nematicidas utilizando nanopartículas esféricas derivadas de TMGMV, Nano Letters (2023). DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01684
