Как растительные вирусы могут использоваться для защиты от вредителей

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Университета Кейс Вестерн Резерв обнаружили, что биологическая наночастица — растительный вирус — способна доставлять молекулы пестицидов глубже в почву, в места, обычно для них недоступные. Работа опубликована 20 мая в журнале Nature Nanotechnology.

Проблема и решение

Пестициды сильно связываются с органическим веществом в почве, что затрудняет их проникновение на глубину корней, где обитают такие вредители, как нематоды. В результате фермеры применяют большие количества пестицидов, что приводит к накоплению вредных остатков в почве и грунтовых водах.

Исследователи обнаружили, что растительный вирус Tobacco mild green mosaic virus может с легкостью транспортировать небольшие количества пестицида глубоко через почву.

Эксперименты и результаты

В лабораторных тестах модель инсектицида присоединяли к различным типам наночастиц и проливали через колонки с почвой.

• Tobacco mild green mosaic virus доставил свой груз на глубину до 30 сантиметров.
• Наночастицы PLGA и мезопористого кремнезема доставили груз на 8 и 12 сантиметров соответственно.
• Вирус Cowpea mosaic virus также достиг глубины 30 сантиметров, но может нести лишь часть груза по сравнению с Tobacco mild green mosaic virus.
• Physalis mosaic virus достиг только 4 сантиметров.

Исследователи предполагают, что на подвижность в почве влияют геометрия и поверхностная химия наночастиц. Например, трубчатая структура может объяснять, почему Tobacco mild green mosaic virus перемещается дальше сферических частиц.

Безопасность и аналогии

Tobacco mild green mosaic virus может инфицировать растения семейства Solanaceae (пасленовые), но безвреден для тысяч других видов. Вирус передается только при механическом контакте растений, а не по воздуху, что снижает риск заражения соседних полей.

«Мы берем концепции, изученные в наномедицине для целевой доставки лекарств, и применяем их в сельском хозяйстве», — сказала профессор Николь Штайнмец, старший автор исследования.

Компьютерная модель

Команда также разработала вычислительную модель для прогнозирования поведения различных наноносителей пестицидов в почве: на какую глубину они могут проникнуть, какое количество необходимо внести и как долго они будут высвобождать пестицид.

«Исследователи, работающие с другим растительным вирусом или наноматериалом, могут использовать нашу модель, чтобы определить, насколько хорошо их частица будет работать в качестве агента доставки пестицидов», — сказал первый автор Пол Шариу.

Следующим шагом будет тестирование наночастиц Tobacco mild green mosaic virus с реальной нагрузкой пестицида в полевых условиях.