A 21. században, az emberiségnek egyre nagyobb energiát kell fordítania a fenntartható növénytermesztésre, amelynek egyik kiemelt területe a növényvédelem. A kaliforniai San Diego-i Egyetem és a Case Western Reserve Egyetem kutatói nagy lépést tettek a hatékonyabb növényvédelem felé, ugyanis találtak olyan növényi vírusokat, amelyek képesek a növényvédőszer molekulákat a mélyebb rétegekbe szállítani, olyan rétegekbe, amelyek eddig általában nem voltak elérhetőek – mindezt kisebb környezetszennyezés mellett. A legújabb kutatások a kártevőket célozzák, mélyebb talajrétegekben, melyekre ezidáig nem létezett hatékony növényvédelmi megoldás.

A technológia kidolgozása nagyban segíthetne a gazdálkodóknak, olyan nehezen írtható kártevők elleni védelemben, mint a parazita fonalférgek, amelyek károkat okoznak a mélyben növekedő gyökerekben. Legfrissebb eredményeik a Nature Nanotechnológiai folyóiratban jelentek meg.

1. kép: Nicole Steinmetz nanomérnök professzor

Nicole Steinmetz nanomérnök professzor szerint a nanotechnológia a növényvédelem feltörekvő területe, amely lehetőséget biztosít, hogy növényi vírusokat használhatunk peszticid szállító rendszerként. A kutatás hasonlít az orvostudományban elért sikerekhez, ahol gyógyszermolekulákat kapcsolnak nanorészecskékhez, csökkentve a mellékhatásokat a betegeknél az orvosi kezeléseik során.

A szántóföldeken alkalmazott rovarirtószerek nagyon tapadnak a talaj molekuláihoz a kijuttatást követően. Erősen kötődnek a talaj szervesanyagtartalmához, ami megnehezíti azt, hogy elég mélyen behatoljon a vegyszer a talaj mélyebb rétegeibe, ahol a nematódák élnek és kárt okoznak. A gazdák túlzott rovarirtót alkalmaznak, ami súlyos károkat okoz a talajban, illetve a talajvízbe is bekerül. Steinmetz és csapata kutatásai során rájött arra, hogy a dohány zöld mozaik vírusa képes kisebb mennyiségű rovarirtószer mélyebb talajrétegbe juttatására.

A laboratóriumi vizsgálatok során különböző szerves nanorészecskékeket, azaz növényi vírusokat használtak öntözés mellett, azt vizsgálva, milyen mélyre képes lehatolni a rovarirtószer.

2. kép: Nematóda sztereomikroszkópos felvétele

Eredményeik szerint a dohány zöld mozaik vírusa felülmúlta a többi vizsgált növényi vírust, amely képes volt lejutni 30 centiméter mélységbe, szemben a szervetlen PLGA, vagy a szilícium dioxid nanorészecskékhez képest, amelyek csak 8-12 centiméterig képesek a rovarirtószer szállítására. Egyéb vírusokat is teszteltek a kutatásaik során. A tehénborsó (Vigna unguiculata), kevésbé elterjedt nevén, a homoki bab mozaik vírusával végzett kísérleteknél a rovarirtószer képes volt lehatolni 30 centiméter mélységbe, de kisebb hasznos teher mellett – azaz nem volt annyira hatékony mint a dohány zöld mozaik vírusa. A kutatók azt feltételezik, hogy a nanorészecskék geometriája, valamint a felszíni kémiai tulajdonságai határozzák meg a talaj részecskéi közötti mozgást. A mechanizmus megértéséhez további vizsgálatok szükségesek, vélhetően a részecskék alakja lehet a döntő tényező.

Steinmetz elmondta, hogy kutatásaik során figyelembe veszik a nanogyógyszerekből már hasznosított eredményeket, amelyet alkalmaznak a mezőgazdaságban is. Orvosi környezetben a vékony cső alakú és különböző felületi kémiával rendelkező vivőanyagok a jobbak.

Vélhetően a növényi vírusok könnyebben képesek behatolni a talajba, mint a szintetikus anyagok, mivel ugyanabban a környezetben élnek egymással – azaz ugyanaz az életterük. A dohány mozaik vírus képes megfertőzni a Solanaceaa családjába tartozó növényeket, mint például krumpli, paradicsom, padlizsán, de más növényekre nem veszélyes: ezáltal használható más növényfajtáknál.

Kutatásaik során egy számítógépes modellt is készítettek, amivel meg lehet jósolni, a különböző nano vivőanyagok hogyan „viselkednek”, a talajban milyen mélyre hatolhatnak le, mennyit célszerű felhasználni, illetve mennyi ideig hat a rovarirtószer a talajban. Ezáltal a modell felhasználható a különböző növényi vírusok meghatározásában, illetve megjósolja milyen mértékben fog működni a rovarirtószállító anyagként. A modell lefuttatása 4 napot vesz igénybe az összes változó figyelembe vétele mellett az egy hónapi laboratóriumi munkához képest, amelynek köszönhetően jóval sikeresebb a labor munkahatékonysága.

A következő lépés a sikeres laboratóriumi kezelést követően, a szántóföldi kísérletek elindítása, különböző dózisok kijuttatása mellett.

Cikket fordította: Dr. Szilágyi Gergely

Forrás: Paul L. Chariou, Alan B. Dogan, Alexandra G. Welsh, Gerald M. Saidel, Harihara Baskaran & Nicole F. Steinmetz. Soil mobility of synthetic and virus-based model nanopesticides. Nature Nanotechnology, 2019 DOI: 10.1038/s41565-019-0453-7

Képek forrása:

1. kép: http://www.steinmetzlab.com/
2. kép: https://www.mnn.com/your-home/organic-farming-gardening/stories/what-are-nematodes