I nematodi parassiti delle piante sono creature microscopiche che vivono nel suolo, danneggiano i raccolti nutrendosi delle loro radici. Il team di ricercatori dell’Università della California a San Diego ha sviluppato nanoparticelle, ricavate da virus vegetali, in grado di trasportare molecole di pesticidi nelle profondità del suolo, precedentemente irraggiungibili. L’innovativa tecnica potrebbe aiutare gli agricoltori a combattere efficacemente i nematodi parassiti che infestano le zone radicali delle colture, il tutto riducendo al minimo i costi, l’uso di pesticidi e la tossicità ambientale.
Il controllo delle infestazioni causate dai nematodi che danneggiano le radici è da tempo una sfida in agricoltura, uno dei motivi è che i tipi di pesticidi utilizzati contro i nematodi, tendono a aderire agli strati superiori del terreno, rendendo difficile raggiungere il livello delle radici dove i nematodi provocano il caos, di conseguenza, gli agricoltori spesso ricorrono all’applicazione di quantità eccessive di pesticidi, nonché all’acqua per lavare i pesticidi fino alla zona delle radici. Ciò può portare alla contaminazione del suolo e delle falde acquifere.
Il team di ricercatori guidato da Nicole Steinmetz (professoressa di nanoingegneria presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego e direttrice fondatrice del Center for Nano-ImmunoEngineering), ha sviluppato nanoparticelle di virus vegetali in grado di trasportare molecole di pesticidi in profondità nel terreno, proprio dove sono necessari.
Lo studio dettagliato di questa innovativa tecnica è stato pubblicato nella rivista Nano Letters, il team di ricercatori di Nicole Steinmetz si è ispirato alla nanomedicina, dove vengono create nanoparticelle per la somministrazione mirata di farmaci, ha adattato questo concetto all’agricoltura.
L’idea di riutilizzare e riprogettare materiali biologici per diverse applicazioni è anche un’area di interesse del Centro di scienza e ingegneria dei materiali dell’UC San Diego (MRSEC), di cui Nicole Steinmetz è co-responsabile.
Nicole Steinmetz ha affermato:
«Stiamo sviluppando un metodo agricolo di precisione in cui creiamo nanoparticelle per la distribuzione mirata di pesticidi, questa tecnologia promette di migliorare l’efficacia del trattamento sul campo senza la necessità di aumentare il dosaggio dei pesticidi».
Il protagonista di questo metodo è il virus del mosaico verde delicato del tabacco, un virus vegetale che ha la capacità di muoversi facilmente nel terreno. Il team di ricercatori ha modificato queste nanoparticelle di virus, rendendole non infettive per le colture grazie alla rimozione del loro RNA. Hanno poi mescolato queste nanoparticelle con soluzioni di pesticidi in acqua e le hanno riscaldate, creando nanoparticelle sferiche simili a quelle del virus, piene di pesticidi, attraverso una reazione di sintesi semplice (one-pot), con questa procedura tutti i reagenti sono sottoposti a reazioni chimiche successive in un solo reattore. Il processo è molto semplice e accettabile per i ricercatori poiché possono evitare un lungo processo di separazione e purificazione dei composti chimici intermedi.
Nicole Steinmetz ha affermato:
«La reazione di sintesi semplice offre diversi vantaggi, in primo luogo, è economicamente vantaggiosa, un processo di purificazione semplice con pochi passaggi. Il risultato è un metodo più scalabile, che apre la strada a un prodotto più accessibile per gli agricoltori; in secondo luogo, confezionando semplicemente il pesticida all’interno delle nanoparticelle, anziché legarlo chimicamente alla superficie, questo metodo preserva la struttura chimica originale del pesticida».
Adam Caparco, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Nicole Steinmetz, ha affermato:
«Se avessimo usato un metodo sintetico tradizionale, in cui colleghiamo le molecole del pesticida alle nanoparticelle, avremmo essenzialmente creato un nuovo composto, soggetto a passare attraverso un nuovo processo normativo di registrazione e approvazione, ma poiché stiamo solo incapsulando il pesticida all’interno delle nanoparticelle, non stiamo cambiando l’ingrediente attivo, quindi non avremo bisogno di ottenere una nuova approvazione. Ciò potrebbe contribuire a accelerare il passaggio di questa tecnologia al mercato».
Il virus del mosaico verde delicato del tabacco è già stato approvato dall’Agenzia per la protezione dell’ambiente (EPA) per l’uso come erbicida per controllare una pianta invasiva chiamata mela soda tropicale. L’approvazione esistente potrebbe semplificare ulteriormente il percorso dal laboratorio al mercato.
Il team di ricercatori ha condotto esperimenti in laboratorio per dimostrare l’efficacia delle nanoparticelle contenenti pesticidi. Le nanoparticelle annaffiate all’interno di cilindri riempiti con il terreno, hanno trasportato con successo i pesticidi a una profondità di 10 centimetri. Le soluzioni sono state raccolte dal fondo dei cilindri di terreno, si è scoperto che avevano al loro interno le nanoparticelle con i pesticidi. Il team di ricercatori quando in una piastra di Petri ha trattato i nematodi con queste soluzioni, li ha dimezzati.
Il team di ricercatori sebbene non abbia ancora testato le nanoparticelle sui nematodi che si nascondono sotto il suolo, hanno evidenziato che questo studio segna un significativo passo avanti.
Adam Caparco ha affermato:
«La nostra tecnologia consente di utilizzare nel suolo i pesticidi destinati a combattere i nematodi, questi pesticidi da soli non riescono a penetrare nel terreno, ma con le nostre nanoparticelle, ora hanno una mobilità nel suolo, possono raggiungere il livello delle radici e potenzialmente uccidere i nematodi».
La ricerca futura prevede di testare le nanoparticelle su piante realmente infestate, per valutarne l’efficacia in reali scenari agricoli. Il laboratorio di Nicole Steinmetz eseguirà questi studi di follow-up in collaborazione con l’U.S. Horticultural Research Laboratory. Il suo team di ricerca ha anche definito i piani per una partnership industriale, volta a far progredire le nanoparticelle in un prodotto commerciale.
