Investigadores de la Universidad Case Western Reserve están aplicando tecnología de administración de fármacos a la agricultura para controlar los gusanos redondos parásitos de forma más eficaz y segura.

Los diminutos gusanos redondos o nematodos, Causar $ 157 mil millones en pérdidas de cosechas en todo el mundo cada año, otros investigadores estiman, en gran parte porque están fuera del alcance de los pesticidas. Los productos químicos se dispersan mal en el suelo, mientras que los parásitos se alimentan de las raíces de las plantas muy por debajo de la superficie.

Como resultado, los agricultores aplican grandes cantidades de plaguicidas, que pueden aumentar las concentraciones químicas en los alimentos o escurrirse y dañar otras partes del medio ambiente, todos los cuales tienen costos.

Pero los investigadores de ingeniería biomédica de Case Western Reserve pueden haber encontrado una solución eficaz.

"Usamos nanopartículas biológicas, un virus vegetal, para administrar un pesticida, "dijo Paul Chariou, estudiante de doctorado en ingeniería biomédica en Case Western Reserve y autor de un estudio sobre el proceso publicado en la revista ACS Nano . "El uso de nanopartículas aumenta la difusión del suelo al tiempo que disminuye el riesgo de lixiviación y escorrentía, reducir la cantidad de productos químicos en los cultivos alimentarios y reducir el costo de tratar los cultivos ".

Chariou trabajó con Nicole Steinmetz, el Profesor George J. Picha en Biomateriales designado por la Escuela de Medicina de Case Western Reserve.

Los nematodos parásitos se alimentan de una amplia gama de cultivos, incluido el maíz, trigo, café, soja, patatas y una gran cantidad de árboles frutales. El daño que causan en las raíces afecta la capacidad de las plantas para absorber agua y nutrientes, que puede matar plantas jóvenes y reducir los rendimientos en plantas maduras.

Para tratar de llevar más pesticida a las raíces, los investigadores utilizaron el virus del mosaico verde suave del tabaco (TMGMV). El virus se usa en Florida como pesticida para controlar una maleza invasora, pero es benigno para los nematodos.

TMGMV puede infectar tomates, berenjena y otras plantas solenaceas, pero no es una amenaza para casi 3, 000 otras especies de plantas que sufren infecciones por nematodos.

El virus se autoensambla en una estructura en forma de tubo, 300 nanómetros de largo por 18 nanómetros de ancho, con un canal hueco de 4 nanómetros de ancho.

Como prueba de concepto para este estudio, los investigadores probaron las nanopartículas derivadas de virus vegetales con un nematicida llamado violeta cristal, que se ha utilizado para matar nematodos en la piel pero no en la agricultura.

Los investigadores sacaron provecho de la química de la superficie para cargar las moléculas de cristal violeta cargadas positivamente en el canal cargado negativamente de la nanopartícula del virus. Cada partícula de virus transportaba alrededor de 1, 500 moléculas de cristal violeta.

En experimentos de laboratorio con condiciones que imitan suelos de cultivos con un pH de 5, el nematicida permaneció adherido a medida que las partículas de virus se aplicaron y difundieron a través del suelo. "En el nivel raíz, el nematicida se difunde fuera del virus con el tiempo, "Dijo Chariou. Los suelos más cálidos y ácidos hicieron que la sustancia química se liberara más rápido.

En las pruebas con el nematodo Caenorhabdiis elegans, en un cultivo líquido, Los científicos confirmaron que los nematodos fueron paralizados y muertos por el tratamiento con nanopartículas de virus infundidas con el fármaco; esto se debe a que el fármaco se difunde fuera de su portador con el tiempo, lo que le permite interactuar con los nematodos. Como mecanismo de muerte secundario, el investigador también notó que los gusanos redondos se estaban comiendo las nanopartículas. El cristal violeta se liberó en el estómago de los animales, paralizándolos y matándolos.

Más importante, Las partículas de virus portadoras de nematicidas se dispersaron mejor cuando se aplicaron a la superficie del suelo y dejaron disponibles más moléculas para matar nematodos a nivel de la raíz.

Chariou y Steinmetz ahora están probando el sistema de entrega utilizando pesticidas químicos aprobados para cultivos y desarrollando un modelo informático para comprender mejor y, por último, optimizar la capacidad de la nanopartícula para difundirse a través del suelo.