Imagine una tecnología que pudiera apuntar a los pesticidas para tratar puntos específicos en las profundidades del suelo, haciéndolos más efectivos en el control de infestaciones al tiempo que limita su toxicidad para el medio ambiente.

Investigadores de la Universidad de California en San Diego y la Universidad Case Western Reserve han dado un paso hacia ese objetivo. Descubrieron que una nanopartícula biológica, un virus vegetal, es capaz de transportar moléculas de pesticidas a mayor profundidad bajo tierra. a lugares que normalmente están fuera de su alcance.

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

"Suena contradictorio que podamos usar un virus vegetal para tratar la salud de las plantas, "dijo Nicole Steinmetz, profesor de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y autor principal del estudio. "Este es un campo de investigación emergente en nanotecnología que muestra que podemos usar virus de plantas como sistemas de administración de pesticidas. Es similar a cómo usamos nanopartículas en medicina para dirigir medicamentos hacia sitios de enfermedad y reducir sus efectos secundarios en los pacientes".

Los pesticidas son moléculas muy pegajosas cuando se aplican en el campo, Steinmetz explicó. Se unen fuertemente a la materia orgánica del 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 hacen que los residuos dañinos se acumulen en el suelo y se filtren en las aguas subterráneas.

Steinmetz y su equipo están trabajando para abordar este problema. En un nuevo estudio, descubrieron que un virus vegetal en particular, Virus del mosaico verde suave del tabaco, Puede transportar pequeñas cantidades de pesticida 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 tierra.

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

También se probaron otros virus vegetales. 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 puede transportar el virus del mosaico verde suave del tabaco. Curiosamente, El virus del mosaico 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 influir en la forma en que se mueven 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 tienen forma esférica. También, 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 de la manera en que lo hacen.

"Estamos tomando conceptos que hemos aprendido de la nanomedicina, donde estamos desarrollando nanopartículas para la administración de medicamentos dirigida, y aplicándolos a la agricultura, ", Dijo Steinmetz." En el ámbito médico, también vemos que nanoportadores con flacos, Las formas tubulares y las diversas químicas de la superficie pueden navegar mejor por el cuerpo. Tiene sentido que un virus vegetal 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 de las solanáceas (o solanáceas) como los tomates, patatas y berenjenas, pero es benigno para miles de otras especies de plantas. También, el virus solo se transmite por contacto mecánico entre dos plantas, no a través del aire. That means if one field is being treated with this virus, nearby fields would not be at risk for contamination, dijeron los investigadores.

Modeling pesticide delivery

The team also developed a computational model that can be used to predict how different pesticide nanocarriers behave in the soil—how deep they can travel; how much of them need to be applied to the soil; and how long they will take to release their load of pesticide.

"Researchers working with a different plant virus or nanomaterial could use our model to determine how well their particle would work as a pesticide delivery agent, " said first author Paul Chariou, un doctorado en bioingeniería student in Steinmetz's lab at UC San Diego.

"It also cuts down on experimental workload, " Chariou said. Testing just one nanoparticle for this study involves running hundreds of assays, collecting all the fractions from each column and analyzing them. "This all takes at least one month. But with the model, it only took us about 10 soil columns and 4 days to test a new nanoparticle, " él dijo.

Como siguiente paso, Steinmetz and her team are testing Tobacco mild green mosaic virus nanoparticles with pesticide loads. The goal is to test them in the field in the near future.

The paper is titled "Soil mobility of synthetic and virus-based model nanoparticles."