Наночастицы из вируса растений улучшают доставку пестицидов к корням

Исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв применяют технологии доставки лекарств в сельском хозяйстве для более эффективного и безопасного контроля паразитических круглых червей (нематод).

Эти вредители ежегодно вызывают потери урожая на $157 млрд во всем мире, в основном потому, что находятся вне досягаемости пестицидов. Химикаты плохо проникают в почву, а паразиты питаются корнями растений глубоко под поверхностью. В результате фермеры применяют большие количества пестицидов, что повышает их концентрацию в пище или приводит к стоку, нанося ущерб окружающей среде.

Решение: использование биологических наночастиц на основе растительного вируса для доставки пестицида. Это увеличивает диффузию в почве, снижает риск вымывания и стока, уменьшает количество химиката в пищевых культурах и стоимость обработки.

Как это работает

Исследователи использовали вирус табачной мозаики (TMGMV), который уже применяется во Флориде как пестицид против сорняков, но безвреден для нематод. Вирус может заражать томаты, баклажаны и другие пасленовые, но не угрожает почти 3000 другим видам растений, страдающим от нематод.

Вирусная частица имеет трубчатую структуру размером 300 нанометров в длину и 18 нанометров в ширину, с полым каналом шириной 4 нанометра.

В качестве доказательства концепции ученые загрузили в канал вирусной наночастицы (имеющей отрицательный заряд) молекулы нематоцида кристаллического фиолетового (положительный заряд). Каждая вирусная частица несла около 1500 молекул препарата.

Результаты экспериментов

• В лабораторных условиях, имитирующих почву с pH 5, нематоцид оставался присоединенным к частицам по мере их диффузии через почву.
• На уровне корней препарат высвобождался из вируса со временем. Более теплые и кислые почвы ускоряли высвобождение.
• В тестах с нематодой Caenorhabditis elegans в жидкой среде лечение наночастицами с препаратом парализовало и убивало червей. Препарат диффундировал из носителя, взаимодействуя с нематодами. Также было отмечено, что черви поедают наночастицы, после чего кристаллический фиолетовый высвобождался у них в желудке.
• Частицы вируса, несущие нематоцид, лучше рассеивались при нанесении на поверхность почвы и доставляли больше молекул для уничтожения нематод на уровне корней.

Сейчас исследователи тестируют систему доставки с использованием одобренных для сельхозкультур химических пестицидов и разрабатывают компьютерную модель для оптимизации способности наночастиц диффундировать через почву.