Las tecnologías avanzadas permiten la liberación controlada de medicamentos a células específicas del cuerpo. Los científicos sostienen que estas mismas tecnologías deben aplicarse a la agricultura si los productores quieren satisfacer la creciente demanda mundial de alimentos.
por Jules Bernstein, Universidad de California – Riverside
En un artículo de revisión de la revista Nature Nanotechnology , científicos de UC Riverside y la Universidad Carnegie Mellon destacan algunas de las estrategias más conocidas para mejorar la agricultura con nanotecnología.
Nanotecnología es un término general para el estudio y diseño de cosas microscópicamente pequeñas. ¿Cuán pequeño? Un nanómetro es una milmillonésima parte de un metro, o aproximadamente 100.000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano. Gracias a la nanotecnología, los medicamentos ahora pueden distribuirse donde más se necesitan. Pero estos conocimientos aún tienen que aplicarse a la ciencia vegetal a gran escala.
«Hay estudios que predicen que necesitaremos aumentar la producción de alimentos hasta en un 60% en 2050 en relación con los niveles de 2020. En este momento, estamos tratando de hacerlo mediante la entrega ineficiente de agroquímicos», dijo Juan Pablo Giraldo, profesor asociado de la UCR y coautor del artículo. -Autor correspondiente.
«La mitad de todos los fertilizantes aplicados en las granjas se pierde en el medio ambiente y contamina las aguas subterráneas. En el caso de los pesticidas de uso común, es aún peor. Sólo el 5% alcanza los objetivos previstos. El resto acaba contaminando el medio ambiente. Hay un mucho margen de mejora», afirmó Giraldo.
En la actualidad, la agricultura es responsable de hasta el 28% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. Esto, sumado a una serie de otros factores, que van desde fenómenos meteorológicos extremos hasta plagas descontroladas en los cultivos y la rápida degradación del suelo, subraya la necesidad de nuevas prácticas y tecnologías agrícolas.
En su revisión, los investigadores destacan enfoques específicos tomados de la nanomedicina que podrían usarse para administrar pesticidas, herbicidas y fungicidas a objetivos biológicos específicos.
«Somos pioneros en tecnologías de entrega dirigida basadas en el recubrimiento de nanomateriales con azúcares o péptidos que reconocen proteínas específicas en células y orgánulos vegetales», dijo Giraldo. «Esto nos permite tomar la maquinaria molecular existente de la planta y guiar los productos químicos deseados hacia donde la planta los necesita, por ejemplo, la vasculatura de la planta, los orgánulos o los sitios de infecciones por patógenos de las plantas».
Hacer esto podría hacer que las plantas sean más resistentes a las enfermedades y a factores ambientales dañinos como el calor extremo o el alto contenido de sal en el suelo. Este tipo de entrega también sería un enfoque mucho más ecológico, con menos efectos no deseados en el medio ambiente.
Otra estrategia discutida en el artículo es utilizar inteligencia artificial y aprendizaje automático para crear un «gemelo digital». Los investigadores médicos utilizan modelos computacionales o «pacientes digitales» para simular cómo los medicamentos interactúan con el cuerpo y se mueven dentro de él. Los investigadores de plantas pueden hacer lo mismo para diseñar moléculas nanoportadoras que entreguen nutrientes u otros agroquímicos a los órganos de las plantas donde más se necesitan.
«Es como JARVIS (Just A Rather Very Intelligent System) de la película Iron Man. Esencialmente una guía de inteligencia artificial para ayudar a diseñar nanopartículas con propiedades de entrega controlada para la agricultura», dijo Giraldo. «Podemos realizar un seguimiento de estas simulaciones gemelas con experimentos de plantas de la vida real para obtener información sobre los modelos».
«La entrega precisa de agentes activos en las plantas mediante nanopartículas transformará la agricultura, pero existen desafíos técnicos críticos que primero debemos superar para aprovechar toda la gama de sus beneficios», dijo Greg Lowry, profesor de ingeniería de Carnegie Mellon y coautor correspondiente de el documento de revisión.
«Soy optimista sobre el futuro de los enfoques de nanobiotecnología vegetal y los impactos beneficiosos que tendrá en nuestra capacidad de producir alimentos de manera sostenible».
Más información: Towards realizing nano-enabled precision delivery in plants, Nature Nanotechnology (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01667-5
