Balandžio 20 d., šeštadienis | 24

Iš augalų virusų sukurtos nanodalelės padės kovoti su kenkėjais

2023-10-30

© Asociatyvi Agroakademija.lt nuotr.

Vieną dieną gali įsitvirtinti nauja žemės ūkio kenkėjų kontrolės forma – tokia, kuri tikslingai ir su mažesniu pesticidų kiekiu apdoroja pasėlius giliai po žeme.

Kalifornijos universiteto San Diege inžinieriai sukūrė nanodaleles, sukurtas iš augalų virusų. Jomis pesticidų molekules galima pernešti į anksčiau nepasiekiamus dirvožemio sluoksnius. Ši pažanga gali padėti ūkininkams veiksmingai kovoti su parazitiniais nematodais, kurie kenkia pasėlių šaknų zonoms, kartu sumažinant išlaidas, pesticidų naudojimą ir toksiškumą aplinkai.

Šaknis pažeidžiančių nematodų sukeltų užkrėtimų kontrolė jau seniai tapo iššūkiu žemės ūkyje. Viena iš priežasčių yra ta, kad pesticidai, naudojami prieš nematodus, dažniausiai lieka viršutiniuose dirvožemio sluoksniuose, todėl sunkiai pasiekia šaknų lygį, kur nematodai pridaro žalos. Tad ūkininkai dažnai naudoja per didelius pesticidų kiekius siekdami, kad vanduo pesticidus nuplautų iki šaknų zonos. To pasekmė užterštas dirvožemis ir požeminis vanduo.

Siekdama rasti tvaresnį ir veiksmingesnį sprendimą, komanda, vadovaujama Kalifornijos universiteto San Diego Jacobs inžinerijos mokyklos nanoinžinerijos profesorės ir Nanoimunologijos centro įkūrėjos direktorės Nicole Steinmetz, sukūrė augalų virusų nanodaleles, kurios gali pernešti pesticidų molekules giliai į dirvožemį, būtent ten, kur jų reikia. Darbas išsamiai aprašytas žurnale „Nano Letters“ paskelbtame straipsnyje.

N. Steinmetz komanda įkvėpimo sėmėsi iš nanomedicinos, kur nanodalelės kuriamos tikslingam vaistų nukreipimui, ir pritaikė šią koncepciją žemės ūkiui. Ši biologinių medžiagų paskirties keitimo ir perdirbimo įvairioms reikmėms idėja taip pat yra pagrindinė Kalifornijos universiteto San Diege Medžiagų mokslinių tyrimų ir inžinerijos centro (MRSEC), kurio viena iš vadovų yra N. Steinmetz, veiklos sritis.

„Plėtojame tiksliosios žemdirbystės metodą, pagal kurį kuriamos nanodalelės, skirtos tikslingai „dozuoti“ pesticidus, – sakė tyrimo vyresnioji autorė N. Steinmetz. – Ši technologija žada padidinti apsaugos efektyvumą lauke, nedidinant pesticidų dozės.“

Šio metodo žvaigždė – tabako žaliosios mozaikos virusas, augalų virusas, kuris lengvai juda per dirvožemį. Mokslininkai modifikavo šias viruso nanodaleles, kad jos būtų neužkrečiamos augalams, pašalindami jų RNR. Tada jie sumaišė šias nanodaleles su vandenyje esančiais pesticidų tirpalais ir juos kaitino. Taip „vieno-puodo“ sintezės būdu sukurdami į virusą panašias sferines nanodaleles, pripildytas pesticidų.

Ši „vieno-puodo“ sintezė turi keletą privalumų. Pirma, ji yra ekonomiškai efektyvi, atliekami tik keli etapai ir nesudėtingas gryninimo procesas. Rezultatas – lengviau pritaikomas metodas, atveriantis kelią ūkininkams prieinamesniam produktui, – pažymėjo N. Steinmetz.

Antra, šis metodas, kai pesticidas tiesiog supakuojamas į nanodaleles, o ne chemiškai prijungiamas prie paviršiaus, išsaugo pirminę pesticido cheminę struktūrą.

„Jei būtume naudoję tradicinį sintetinimo metodą, kai pesticidų molekules sujungiame su nanodalelėmis, iš esmės būtume sukūrę naują junginį, kuriam reikės pereiti visą naują registracijos ir reguliavimo patvirtinimo procesą, – sakė tyrimo autorius Adamas Caparco, – bet kadangi tik „įkapsuliavome“ pesticidą į nanodaleles, nekeičiame veikliosios medžiagos, todėl mums nereikės gauti naujo patvirtinimo. Tai gali padėti pagreitinti šios technologijos diegimą į rinką.“

Be to, Aplinkos apsaugos agentūra (EPA) jau patvirtino, kad tabako žaliosios mozaikos virusas gali būti naudojamas kaip herbicidas invaziniam augalui, vadinamam atogrąžų sodos obuoliu, kontroliuoti. Šis esamas patvirtinimas galėtų dar labiau supaprastinti kelią nuo laboratorijos iki rinkos.

Mokslininkai atliko eksperimentus laboratorijoje, kad įrodytų savo pesticidų turinčių nanodalelių veiksmingumą. Dirvožemio stulpeliais nanodalelės vandeniu sėkmingai pernešė pesticidus į ne mažesnį kaip 10 cm gylį. Iš dirvožemio stulpelių dugno buvo paimti tirpalai ir nustatyta, kad juose yra pesticidais užpildytų nanodalelių. Kai mokslininkai šiais tirpalais apdorojo nematodus, Petri lėkštelėje jie sunaikino bent pusę populiacijos.

Nors tyrėjai dar neišbandė nanodalelių su dirvožemyje slypinčiais nematodais, jie pažymi, kad šis tyrimas yra svarbus žingsnis į priekį.

„Mūsų technologija leidžia dirvožemyje naudoti pesticidus, skirtus kovai su nematodais, sakė Caparco. Vien tik šie pesticidai negali prasiskverbti į dirvožemį. Tačiau su mūsų nanodalelėmis jie tampa judrūs dirvožemyje, gali pasiekti šaknų lygį ir sunaikinti nematodus.“

Ateityje bus atliekami tyrimai, kurių metu nanodalelės bus bandomos ant užkrėstų augalų, siekiant įvertinti jų veiksmingumą realiomis žemės ūkio sąlygomis. Šiuos tolesnius tyrimus N. Steinmetz laboratorija atliks bendradarbiaudama su JAV Sodininkystės tyrimų laboratorija. Jos komanda taip pat parengė pramonės partnerystės planus, kuriais siekiama, kad nanodalelės taptų komerciniu produktu.

Vertė Saulius Zagorskis (LŽŪKT), agroakademija.lt informacija