Une nouvelle forme de lutte antiparasitaire agricole pourrait un jour prendre racine :elle traiterait de manière ciblée les infestations de cultures profondément sous terre avec moins de pesticides.

Des ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont développé des nanoparticules, fabriquées à partir de virus végétaux, capables de délivrer des molécules de pesticides à des profondeurs du sol auparavant inaccessibles. Cette avancée pourrait potentiellement aider les agriculteurs à lutter efficacement contre les nématodes parasites qui ravagent les zones racinaires des cultures, tout en minimisant les coûts, l'utilisation de pesticides et la toxicité environnementale.

La lutte contre les infestations causées par les nématodes endommageant les racines constitue depuis longtemps un défi en agriculture. L’une des raisons est que les types de pesticides utilisés contre les nématodes ont tendance à s’accrocher aux couches supérieures du sol, ce qui rend difficile l’accès au niveau des racines, où les nématodes font des ravages. En conséquence, les agriculteurs ont souvent recours à des quantités excessives de pesticides, ainsi qu’à de l’eau pour les laver jusqu’à la zone racinaire. Cela peut entraîner une contamination du sol et des eaux souterraines.

Pour trouver une solution plus durable et plus efficace, une équipe dirigée par Nicole Steinmetz, professeur de nano-ingénierie à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego et directrice fondatrice du Center for Nano-ImmunoEngineering, a développé des nanoparticules de virus végétaux capables de transporter des molécules de pesticides en profondeur. dans le sol, précisément là où ils sont nécessaires. Le travail est détaillé dans un article publié dans Nano Letters. .

L'équipe de Steinmetz s'est inspirée de la nanomédecine, où des nanoparticules sont créées pour une administration ciblée de médicaments, et a adapté ce concept à l'agriculture. Cette idée de réutilisation et de reconception de matériaux biologiques pour différentes applications est également un domaine d'intervention du Centre de recherche, de recherche et d'ingénierie sur les matériaux (MRSEC) de l'UC San Diego, dont Steinmetz est co-responsable.

"Nous développons une approche agricole de précision dans laquelle nous créons des nanoparticules pour une distribution ciblée de pesticides", a déclaré Steinmetz, auteur principal de l'étude. "Cette technologie promet d'améliorer l'efficacité du traitement sur le terrain sans qu'il soit nécessaire d'augmenter le dosage des pesticides."

La vedette de cette approche est le virus de la mosaïque verte du tabac, un virus végétal qui a la capacité de se déplacer facilement dans le sol. Les chercheurs ont modifié ces nanoparticules virales, les rendant non infectieuses pour les cultures en supprimant leur ARN. Ils ont ensuite mélangé ces nanoparticules avec des solutions de pesticides dans l'eau et les ont chauffées, créant ainsi des nanoparticules sphériques ressemblant à des virus remplies de pesticides grâce à une simple synthèse dans un seul pot.

Cette synthèse one-pot offre plusieurs avantages. Premièrement, il est rentable, avec seulement quelques étapes et un processus de purification simple. Le résultat est une méthode plus évolutive, ouvrant la voie à un produit plus abordable pour les agriculteurs, a noté Steinmetz. Deuxièmement, en emballant simplement le pesticide à l'intérieur des nanoparticules, plutôt que de le lier chimiquement à la surface, cette méthode préserve la structure chimique d'origine du pesticide.

"Si nous avions utilisé une méthode de synthèse traditionnelle dans laquelle nous lions les molécules de pesticides aux nanoparticules, nous aurions essentiellement créé un nouveau composé, qui devra passer par un tout nouveau processus d'enregistrement et d'approbation réglementaire", a déclaré Adam Caparco, premier auteur de l'étude. , chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Steinmetz.

"Mais comme nous encapsulons simplement le pesticide dans les nanoparticules, nous ne modifions pas l'ingrédient actif, nous n'aurons donc pas besoin d'obtenir une nouvelle approbation. Cela pourrait aider à accélérer la mise sur le marché de cette technologie."

De plus, le virus de la mosaïque verte du tabac est déjà approuvé par l'Environmental Protection Agency (EPA) pour être utilisé comme herbicide pour lutter contre une plante envahissante appelée pomme soda tropicale. Cette approbation existante pourrait rationaliser davantage le cheminement du laboratoire au marché.

Les chercheurs ont mené des expériences en laboratoire pour démontrer l’efficacité de leurs nanoparticules contenant des pesticides. Les nanoparticules ont été arrosées à travers des colonnes de sol et ont réussi à transporter les pesticides jusqu'à des profondeurs d'au moins 10 centimètres. Les solutions ont été collectées au fond des colonnes de sol et se sont avérées contenir des nanoparticules remplies de pesticides. Lorsque les chercheurs ont traité les nématodes avec ces solutions, ils ont éliminé au moins la moitié de la population dans une boîte de Pétri.

Bien que les chercheurs n'aient pas encore testé les nanoparticules sur les nématodes cachés sous le sol, ils notent que cette étude marque un pas en avant significatif.

"Notre technologie permet d'utiliser dans le sol des pesticides destinés à lutter contre les nématodes", a déclaré Caparco. "Ces pesticides à eux seuls ne peuvent pas pénétrer dans le sol. Mais grâce à nos nanoparticules, ils ont désormais une mobilité dans le sol, peuvent atteindre le niveau des racines et potentiellement tuer les nématodes."

Les recherches futures consisteront à tester les nanoparticules sur de véritables plantes infestées afin d'évaluer leur efficacité dans des scénarios agricoles réels. Le laboratoire de Steinmetz réalisera ces études de suivi en collaboration avec le laboratoire de recherche horticole des États-Unis. Son équipe a également établi des plans pour un partenariat industriel visant à faire évoluer les nanoparticules vers un produit commercial.

Plus d'informations : Adam A. Caparco et al, Livraison de nématicides à l'aide de nanoparticules sphériques dérivées du TMGMV, Nano Letters (2023). DOI :10.1021/acs.nanolett.3c01684

Informations sur le journal : Lettres nano

Fourni par l'Université de Californie - San Diego