Engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram uma nova forma de controle de pragas usando nanopartículas derivadas de vírus de plantas para aplicar pesticidas profundamente no solo, visando nematóides parasitas nas raízes das culturas. Esta abordagem promete reduzir a necessidade do uso excessivo de pesticidas, diminuir os custos e minimizar o impacto ambiental, marcando um avanço significativo na agricultura sustentável e na agricultura de precisão.
Um novo método de controle de pragas baseado em nanotecnologia permite a aplicação profunda de pesticidas no solo, oferecendo uma solução eficaz para combater infestações de nematóides nas raízes e, ao mesmo tempo, reduzir os danos ambientais.
Uma nova forma de controlo de pragas agrícolas poderá um dia criar raízes – uma forma que trate as infestações de culturas nas profundezas do solo de uma forma direccionada e com menos pesticidas.
Engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram nanopartículas, formadas a partir de vírus de plantas, que podem levar moléculas de pesticidas a profundidades do solo que antes eram inacessíveis. Este avanço poderia potencialmente ajudar os agricultores a combater eficazmente os nemátodos parasitas que assolam as zonas radiculares das culturas, ao mesmo tempo que minimizam os custos, a utilização de pesticidas e a toxicidade ambiental.
O desafio das infestações por nematóides
O controle de infestações causadas por nematóides que danificam as raízes tem sido um desafio na agricultura há muito tempo. Uma das razões é que os tipos de pesticidas utilizados contra os nemátodos tendem a aderir às camadas superiores do solo, tornando difícil atingir o nível das raízes, onde os nemátodos causam estragos. Como resultado, os agricultores recorrem frequentemente à aplicação de quantidades excessivas de pesticidas, bem como à água para lavar os pesticidas até à zona das raízes. Isso pode levar à contaminação do solo e das águas subterrâneas.
Para encontrar uma solução mais sustentável e eficaz, uma equipe liderada por Nicole Steinmetz, professora de nanoengenharia na Escola de Engenharia Jacobs da UC San Diego e diretora fundadora do Centro de Nano-ImunoEngenharia, desenvolveu uma planta vírus nanopartículas que podem transportar moléculas de pesticidas profundamente no solo, precisamente onde são necessárias. O trabalho está detalhado em artigo publicado em Nano-letras.
A equipe de Steinmetz inspirou-se na nanomedicina, onde nanopartículas estão sendo criadas para administração direcionada de medicamentos, e adaptou esse conceito à agricultura. Essa ideia de reaproveitar e redesenhar materiais biológicos para diferentes aplicações também é uma área de foco do Centro de Ciência e Engenharia de Pesquisa de Materiais da UC San Diego (MRSEC), do qual Steinmetz é co-líder.
“Estamos desenvolvendo uma abordagem de agricultura de precisão em que criamos nanopartículas para distribuição direcionada de pesticidas”, disse Steinmetz, autor sênior do estudo. “Esta tecnologia promete aumentar a eficácia do tratamento no campo sem a necessidade de aumentar a dosagem de pesticidas.”
Inovação em nanopartículas para agricultura de precisão
A estrela desta abordagem é o vírus do mosaico verde moderado do tabaco, um vírus vegetal que tem a capacidade de se mover facilmente pelo solo. Os pesquisadores modificaram essas nanopartículas de vírus, tornando-as não infecciosas para as culturas, removendo seus ARN. Eles então misturaram essas nanopartículas com soluções de pesticidas em água e as aqueceram, criando nanopartículas esféricas semelhantes a vírus repletas de pesticidas por meio de uma síntese simples em um único recipiente.
Esta síntese one-pot oferece diversas vantagens. Primeiro, é econômico, com apenas algumas etapas e um processo de purificação simples. O resultado é um método mais escalável, abrindo caminho para um produto mais acessível para os agricultores, observou Steinmetz. Em segundo lugar, ao simplesmente embalar o pesticida dentro das nanopartículas, em vez de ligá-lo quimicamente à superfície, este método preserva a estrutura química original do pesticida.
“Se tivéssemos utilizado um método sintético tradicional onde ligamos as moléculas de pesticidas às nanopartículas, teríamos essencialmente criado um novo composto, que terá de passar por um novo processo de registo e aprovação regulamentar”, disse o primeiro autor do estudo, Adam Caparco. , pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Steinmetz. “Mas como estamos apenas encapsulando o pesticida nas nanopartículas, não estamos alterando o ingrediente ativo, portanto não precisaremos obter nova aprovação para ele. Isso poderia ajudar a acelerar a tradução desta tecnologia para o mercado.”
Além disso, o vírus do mosaico verde moderado do tabaco já foi aprovado pela Agência de Proteção Ambiental (EPA) para uso como herbicida no controle de uma planta invasora chamada maçã soda tropical. Esta aprovação existente poderia agilizar ainda mais o caminho do laboratório ao mercado.
Vantagens e direções futuras
Os pesquisadores conduziram experimentos em laboratório para demonstrar a eficácia de suas nanopartículas embaladas com pesticidas. As nanopartículas foram regadas através de colunas de solo e transportaram com sucesso os pesticidas a profundidades de pelo menos 10 centímetros. As soluções foram coletadas do fundo das colunas do solo e continham nanopartículas embaladas com pesticidas. Quando os pesquisadores trataram os nematóides com essas soluções, eliminaram pelo menos metade da população em uma placa de Petri.
Embora os pesquisadores ainda não tenham testado as nanopartículas em nematóides escondidos sob o solo, eles observam que este estudo marca um avanço significativo.
“Nossa tecnologia permite que pesticidas destinados a combater nematóides sejam usados no solo”, disse Caparco. “Esses pesticidas por si só não conseguem penetrar no solo. Mas com as nossas nanopartículas, elas agora têm mobilidade no solo, podem atingir o nível da raiz e potencialmente matar os nematóides.”
A investigação futura envolverá testes de nanopartículas em plantas infestadas reais para avaliar a sua eficácia em cenários agrícolas do mundo real. O laboratório de Steinmetz realizará esses estudos de acompanhamento em colaboração com o Laboratório de Pesquisa Hortícola dos EUA. Sua equipe também estabeleceu planos para uma parceria industrial com o objetivo de transformar as nanopartículas em um produto comercial.
Referência: “Entrega de nematicidas usando nanopartículas esféricas derivadas de TMGMV” por Adam A. Caparco, Ivonne González-Gamboa, Samuel S. Hays, Jonathan K. Pokorski e Nicole F. Steinmetz, 16 de junho de 2023, Nano-letras.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01684
Os coautores incluem Ivonne Gonzalez-Gamboa, Samuel S. Hays e Jonathan K. Pokorski, UC San Diego.
Este trabalho foi apoiado em parte pelo Departamento de Agricultura dos EUA (concessões NIFA-2020-67021-31255 e NIFA-2022-67012-36698), pela National Science Foundation (CMMI 1901713) e pelo Centro de Ciência e Engenharia de Pesquisa de Materiais da UC San Diego. (MRSEC), que é apoiado pela National Science Foundation (concessão DMR-2011924). Este trabalho foi realizado em parte na Infraestrutura de Nanotecnologia de San Diego (SDNI) na UC San Diego, membro da Infraestrutura Coordenada de Nanotecnologia Nacional, que é apoiada pela National Science Foundation (concessão ECCS-1542148). Este trabalho também foi realizado em parte no Núcleo de Microscopia do Departamento de Neurociências da UC San Diego, que é apoiado pelo Instituto Nacional de Saúde (NINDSP30NS047101).
