Des chercheurs de la Case Western Reserve University appliquent la technologie d'administration de médicaments à l'agriculture pour contrôler les vers ronds parasites de manière plus efficace et plus sûre.

Les petits vers ronds, ou nématodes, causent 157 milliards de dollars de mauvaises récoltes dans le monde chaque année, d'autres chercheurs estiment, en grande partie parce qu'ils sont hors de portée des pesticides. Les produits chimiques se dispersent mal dans le sol, tandis que les parasites se nourrissent des racines des plantes bien en dessous de la surface.

Par conséquent, les agriculteurs appliquent de grandes quantités de pesticides, ce qui peut augmenter les concentrations chimiques dans les aliments ou ruisseler et endommager d'autres parties de l'environnement, qui ont tous des coûts.

Mais les chercheurs en génie biomédical de Case Western Reserve ont peut-être trouvé une solution efficace.

"Nous utilisons des nanoparticules biologiques - un virus végétal - pour délivrer un pesticide, " dit Paul Chariou, doctorant en génie biomédical à Case Western Reserve et auteur d'une étude sur le procédé publiée dans la revue ACS Nano . "L'utilisation de la nanoparticule augmente la diffusion dans le sol tout en diminuant le risque de lessivage et de ruissellement, réduire la quantité de produits chimiques dans les cultures vivrières et réduire le coût de traitement des cultures. »

Chariou a travaillé avec Nicole Steinmetz, le professeur George J. Picha en biomatériaux nommé par la Case Western Reserve School of Medicine.

Les nématodes parasites se nourrissent d'un large éventail de cultures, dont le maïs, blé, café, soja, pommes de terre et une multitude d'arbres fruitiers. Les dommages qu'ils causent aux racines altèrent la capacité des plantes à absorber l'eau et les nutriments, qui peut tuer les jeunes plants et réduire les rendements des plants matures.

Pour essayer d'apporter plus de pesticides aux racines, les chercheurs ont utilisé le virus de la mosaïque verte douce du tabac (TMGMV). Le virus est utilisé en Floride comme pesticide pour lutter contre une mauvaise herbe envahissante, mais est inoffensif pour les nématodes.

Le TMGMV peut infecter les tomates, aubergines et autres plantes solenacées, mais n'est pas une menace pour près de 3, 000 autres espèces végétales qui souffrent d'infections par les nématodes.

Le virus s'auto-assemble en une structure en forme de tube, 300 nanomètres de long sur 18 nanomètres de large, avec un canal creux de 4 nanomètres de large.

Comme preuve de concept pour cette étude, les chercheurs ont testé les nanoparticules dérivées du virus des plantes avec un nématicide appelé cristal violet, qui a été utilisé pour tuer les nématodes sur la peau mais pas dans l'agriculture.

Les chercheurs ont tiré parti de la chimie de surface pour charger les molécules de cristal violet chargées positivement dans le canal chargé négativement de la nanoparticule virale. Chaque particule virale transportait environ 1, 500 molécules de cristal violet.

Lors d'expériences en laboratoire dans des conditions imitant les sols de cultures avec un pH de 5, le nématicide est resté attaché pendant que les particules virales étaient appliquées et diffusées à travers le sol. « Au niveau de la racine, le nématicide se diffuse hors du virus au fil du temps, " a déclaré Chariou. Des sols plus chauds et plus acides ont entraîné une libération plus rapide du produit chimique.

En testant avec le nématode Caenorhabdiis elegans, en culture liquide, les scientifiques ont confirmé que les nématodes étaient paralysés et tués par un traitement avec la nanoparticule virale infusée de médicament - c'est parce que le médicament se diffuse hors de son support au fil du temps, ce qui lui permet d'interagir avec les nématodes. En tant que mécanisme de destruction secondaire, le chercheur a également noté que les vers ronds mangeaient les nanoparticules. Le cristal violet a été libéré dans l'estomac des animaux, les paralysant et les tuant.

Plus important encore, les particules virales porteuses de nématicides se dispersaient mieux lorsqu'elles étaient appliquées à la surface du sol et rendaient plus de molécules disponibles pour tuer les nématodes au niveau des racines.

Chariou et Steinmetz testent maintenant le système de livraison à l'aide de pesticides chimiques approuvés pour les cultures et développent un modèle informatique pour mieux comprendre et, finalement, optimiser la capacité de diffusion de la nanoparticule dans le sol.