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Cómo se pueden usar los virus de las plantas para prevenir las plagas y mantener las plantas saludables


Imagine una tecnología que podría apuntar a los pesticidas para tratar manchas específicas en el interior del suelo, haciéndolos más efectivos para controlar las infestaciones y al mismo tiempo limitar su toxicidad para el ambiente.


Universidad de California – San Diego


Investigadores de la Universidad de California en California y la Universidad Case Western Reserve han dado un paso hacia esa meta. Descubrieron que una nanopartícula biológica, un virus de planta,es capaz de suministrar moléculas de pesticidas más profundas debajo de la tierra, a lugares que normalmente están fuera de su alcance.

El trabajo podría ayudar a los agricultores a manejar mejor las plagas difíciles, como los nematodos parásitos que causan estragos en las raíces de las plantas en el suelo , con menos pesticidas. El trabajo se publica el 20 de mayo en la revista Nature Nanotechnology .

«Parece contrario a la intuición de que podemos usar un virus de plantas para tratar la salud de las plantas», dijo Nicole Steinmetz, profesora de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California en San Diego y autora principal del estudio. «Este es un campo de investigación emergente en nanotecnología que muestra que podemos usar virus de plantas como sistemas de suministro de pesticidas. Es similar a cómo usamos las nanopartículas en la medicina para dirigir los medicamentos a los sitios de enfermedades y reducir sus efectos secundarios en los pacientes».

Los pesticidas son moléculas muy pegajosas cuando se aplican en el campo, explicó Steinmetz. Se unen fuertemente a la materia orgánica en el suelo, lo que dificulta obtener lo suficiente para penetrar profundamente en el nivel de la raíz, donde las plagas como los nematodos residen y causan daños.

Para compensar, los agricultores terminan aplicando grandes cantidades de pesticidas, que causan la acumulación de residuos nocivos en el suelo y se filtran en el agua subterránea.

Steinmetz y su equipo están trabajando para resolver este problema. En un nuevo estudio, descubrieron que un virus de planta en particular, el virus del mosaico verde suave del tabaco, puede transportar pequeñas cantidades de pesticidas a través del suelo con facilidad.

Un virus útil

En pruebas de laboratorio, los investigadores adjuntaron un insecticida modelo a diferentes tipos de nanopartículas y las regaron a través de columnas de suelo.

Cómo se pueden usar los virus de las plantas para prevenir las plagas y mantener las plantas saludables
Paul Chariou, un estudiante de doctorado en bioingeniería en la Universidad de California en San Diego, analiza qué tan lejos viaja el virus del suave mosaico verde del tabaco a través de una columna de suelo. Crédito: David Baillot / UC San Diego Jacobs Escuela de Ingeniería

El virus del mosaico verde suave del tabaco superó a la mayoría de las otras nanopartículas probadas en el estudio. Llevaba su carga hasta 30 centímetros por debajo de la superficie. Las nanopartículas de sílice PLGA y mesoporosa, que los investigadores han estudiado para el suministro de pesticidas y fertilizantes, llevaron su carga útil de 8 y 12 centímetros de profundidad, respectivamente.

Otros virus de plantas también fueron probados. El virus del mosaico del caupí también llevó su carga útil a 30 centímetros de profundidad por debajo de la superficie, pero solo puede transportar una fracción de la carga útil que el virus del mosaico verde suave del tabaco puede transportar. Curiosamente, el virus del mosaico de Physalis solo alcanzó 4 centímetros por debajo de la superficie.

Los investigadores plantean la hipótesis de que la geometría de las nanopartículas y la química de la superficie podrían desempeñar un papel en la forma en que se mueve a través del suelo. Por ejemplo, tener una estructura tubular podría explicar en parte por qué el virus del mosaico verde suave del tabaco viaja más lejos que la mayoría de las otras nanopartículas que son de forma esférica. Además, su química de superficie es naturalmente más diversa que las partículas sintéticas como PLGA y sílice, lo que podría hacer que interactúe con el suelo de manera diferente. Si bien estas reglas de diseño pueden aplicarse al virus del mosaico verde suave del tabaco, los investigadores dicen que se necesita más trabajo para comprender mejor por qué otras nanopartículas se comportan como lo hacen.

«Estamos tomando los conceptos que hemos aprendido de la nanomedicina, donde estamos desarrollando nanopartículas para el suministro de medicamentos dirigidos, y los estamos aplicando a la agricultura», dijo Steinmetz. «En el entorno médico, también vemos que los nanotransportadores con formas flacas, tubulares y diversas químicas de superficie pueden navegar mejor el cuerpo. Es lógico que un virus de planta pueda penetrar y moverse más fácilmente a través del suelo, probablemente porque ahí es donde reside naturalmente. . «

En términos de seguridad, el virus del mosaico verde suave del tabaco puede infectar plantas de la familia Solanaceae (o nightshade) como los tomates, las papas y las berenjenas, pero es benigno para miles de otras especies de plantas. Además, el virus solo se transmite por contacto mecánico entre dos plantas, no a través del aire. Eso significa que si un campo está siendo tratado con este virus, los campos cercanos no estarían en riesgo de contaminación, dijeron los investigadores.

Modelado de la entrega de plaguicidas.

El equipo también desarrolló un modelo computacional que se puede usar para predecir cómo se comportan los diferentes nanotransportadores de pesticidas en el suelo: a qué profundidad pueden viajar; cuánto de ellos se deben aplicar al suelo; y cuánto tiempo tomarán para liberar su carga de pesticidas.

«Los investigadores que trabajan con un virus o nanomaterial de plantas diferente podrían usar nuestro modelo para determinar qué tan bien funcionarán sus partículas como agentes de suministro de pesticidas», dijo el primer autor Paul Chariou, un doctorado en bioingeniería. Estudiante en el laboratorio de Steinmetz en UC San Diego.

«También reduce la carga de trabajo experimental», dijo Chariou. La prueba de una sola nanopartícula para este estudio implica realizar cientos de ensayos, recopilar todas las fracciones de cada columna y analizarlas. «Todo esto toma al menos un mes. Pero con el modelo, solo nos tomó cerca de 10 columnas de suelo y 4 días para probar una nueva nanopartícula», dijo.

Como siguiente paso, Steinmetz y su equipo están probando las nanopartículas del virus del suave mosaico verde del tabaco con cargas de pesticidas. El objetivo es probarlos en el campo en un futuro cercano.

El artículo se titula «Movilidad del suelo de nanopartículas sintéticas y basadas en virus».


Más información: Movilidad en el suelo de nanoplaguicidas sintéticos y basados ​​en virus, Nature Nanotechnology (2019). DOI: 10.1038 / s41565-019-0453-7 , https://www.nature.com/articles/s41565-019-0453-7Información de la revista: Nature Nanotechnology.Proporcionado por la Universidad de California – San Diego


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