Des ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego ont développé une nouvelle forme de lutte antiparasitaire utilisant des nanoparticules dérivées de virus végétaux pour introduire des pesticides en profondeur dans le sol, ciblant les nématodes parasites au niveau des racines des cultures. Cette approche promet de réduire le besoin d’utilisation excessive de pesticides, de réduire les coûts et de minimiser l’impact environnemental, marquant ainsi un pas en avant significatif dans l’agriculture durable et l’agriculture de précision.
Une nouvelle méthode de lutte antiparasitaire basée sur la nanotechnologie permet d’appliquer des pesticides en profondeur dans le sol, offrant ainsi une solution efficace pour lutter contre les infestations de nématodes au niveau des racines tout en réduisant les dommages environnementaux.
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.
Le défi des infestations de nématodes
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 une usine virus des nanoparticules capables de transporter les molécules de pesticides en profondeur dans le sol, précisément là où elles sont nécessaires. Le travail est détaillé dans un article publié dans Lettres nano.
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 et d’ingénierie sur les matériaux de l’UC San Diego (MRSEC), 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. »
Innovation en nanoparticules pour l’agriculture de précision
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 leurs 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 pesticide 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 le premier auteur de l’étude, Adam Caparco. , chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Steinmetz. « Mais puisque 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 pour cela. Cela pourrait contribuer 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.
Avantages et orientations futures
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.
Même si les chercheurs n’ont pas encore testé les nanoparticules sur les nématodes cachés sous le sol, ils notent que cette étude marque une avancée significative.
« 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, elles sont désormais mobiles 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 transformer les nanoparticules en un produit commercial.
Les co-auteurs incluent Ivonne Gonzalez-Gamboa, Samuel S. Hays et Jonathan K. Pokorski, UC San Diego.
Ce travail a été soutenu en partie par le Département américain de l’Agriculture (subventions NIFA-2020-67021-31255 et NIFA-2022-67012-36698), la National Science Foundation (CMMI 1901713) et le Materials Research Science and Engineering Center de l’UC San Diego. (MRSEC), soutenu par la National Science Foundation (subvention DMR-2011924). Ce travail a été réalisé en partie à la San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) de l’UC San Diego, membre de la National Nanotechnology Cooperative Infrastructure, soutenue par la National Science Foundation (subvention ECCS-1542148). Ce travail a également été réalisé en partie au Département de microscopie des neurosciences de l’UC San Diego, qui est soutenu par le Instituts nationaux de la santé (NINDS P30NS047101).
