Los investigadores de la Universidad Case Western Reserve están aplicando tecnología de suministro de medicamentos a la agricultura para controlar los gusanos parásitos de forma más efectiva y segura.
Los pequeños gusanos redondos, o nematodos, causan $ 157 mil millones en cosechas fallidas en todo el mundo cada año, estiman otros investigadores, en gran parte porque están fuera del alcance de los pesticidas. Los químicos se dispersan poco en el suelo, mientras que los parásitos se alimentan de las raíces de las plantas muy por debajola superficie.
Como resultado, los agricultores aplican grandes cantidades de pesticidas, que pueden aumentar las concentraciones químicas en los alimentos o escurrirse y dañar otras partes del medio ambiente, todo lo cual tiene un costo.
Pero los investigadores de ingeniería biomédica en Case Western Reserve pueden haber encontrado una solución efectiva.
"Utilizamos 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 la nanopartícula aumenta la difusión del suelo al tiempo que disminuye el riesgo de lixiviación y escorrentía, reduce la cantidad de productos químicos en los cultivos alimentarios y reduce el costo de tratar los cultivos".
Chariou trabajó con Nicole Steinmetz, la profesora de biomateriales George J. Picha nombrada por la Escuela de Medicina Case Western Reserve.
Los nematodos parásitos se alimentan de una amplia gama de cultivos, incluidos maíz, trigo, café, soja, papas 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, lo que puede matar a los jóvenesplantas y reducir rendimientos en plantas maduras.
Para tratar de administrar más pesticida a las raíces, los investigadores usaron el virus del mosaico verde suave del tabaco TMGMV. El virus se usa en Florida como pesticida para controlar una maleza invasiva, pero es benigno para los nematodos.
TMGMV puede infectar tomates, berenjenas y otras plantas solenaces, 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, de 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 capitalizaron la química de la superficie para cargar las moléculas de cristal violeta cargadas positivamente en el canal cargado negativamente de la nanopartícula de virus. Cada partícula de virus transportaba alrededor de 1.500 moléculas de cristal violeta.
En experimentos de laboratorio con condiciones que imitan los suelos de cultivos con un pH de 5, el nematicida permaneció adherido a medida que las partículas del virus fueron aplicadas y difundidas a través del suelo. "A nivel de la raíz, el nematicida se difunde fuera del virus con el tiempo".Dijo Chariou: los suelos más cálidos y más ácidos hicieron que el químico se liberara más rápido.
En pruebas con el nematodo Caenorhabdiis elegans , en un cultivo líquido, los científicos confirmaron que los nematodos se paralizaron y mataron mediante el tratamiento con la nanopartícula de virus infundida 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 secundario de matanza, el investigador también observó que los gusanos redondos se estaban comiendo las nanopartículas. La violeta cristalina se liberaba en el estómago de los animales, paralizándolos y matándolos
Lo más importante es que las partículas de virus portadores de nematicidas se dispersaron mejor cuando se aplicaron a la superficie del suelo y pusieron a disposición más moléculas para matar nematodos a nivel de la raíz.
Chariou y Steinmetz ahora están probando el sistema de entrega usando pesticidas químicos aprobados para cultivos y desarrollando un modelo de computadora para comprender mejor y, en última instancia, optimizar la capacidad de las nanopartículas para difundirse a través del suelo.
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Materiales proporcionado por Universidad Case Western Reserve . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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