Pokročilé technológie umožňujú riadené uvoľňovanie lieku do špecifických buniek v tele. Vedci tvrdia, že tie isté technológie sa musia použiť v poľnohospodárstve, ak majú pestovatelia uspokojiť rastúce globálne požiadavky na potraviny.

V novom recenznom článku časopisu Nature Nanotechnology, vedci z UC Riverside a Carnegie Mellon University zdôrazňujú niektoré z najznámejších stratégií na zlepšenie poľnohospodárstva pomocou nanotechnológií.

Nanotechnológia je zastrešujúci termín pre štúdium a navrhovanie mikroskopicky malých vecí. Aké malé? Nanometer je jedna miliardtina metra, čiže asi 100 000-krát menšia ako šírka ľudského vlasu. Pomocou nanotechnológie môžu byť lieky teraz dodávané tam, kde sú najviac potrebné. Tieto poznatky sa však ešte musia vo veľkom rozsahu aplikovať na rastlinnú vedu.

„Existujú štúdie, ktoré predpovedajú, že v roku 2050 budeme musieť zvýšiť produkciu potravín až o 60 % v porovnaní s úrovňou v roku 2020. Práve teraz sa o to snažíme prostredníctvom neefektívnej dodávky agrochemikálií,“ povedal Juan Pablo Giraldo, docent UCR a spoluautor článku.

„Polovica všetkých hnojív aplikovaných na farmách sa stráca v životnom prostredí a znečisťuje podzemné vody. V prípade bežne používaných pesticídov je to ešte horšie. Iba 5 % dosiahne svoje plánované ciele. Zvyšok končí kontamináciou životného prostredia. Je tu veľa priestoru na zlepšenie,“ povedal Giraldo.

V súčasnosti predstavuje poľnohospodárstvo až 28 % celosvetových emisií skleníkových plynov. Toto, popri rade ďalších faktorov od extrémnych poveternostných udalostí až po nekontrolovateľných škodcov plodín a rýchlo degradujúcu pôdu, podčiarkuje potrebu nových poľnohospodárskych postupov a technológií.

Vo svojom prehľade výskumníci zdôrazňujú špecifické prístupy požičané z nanomedicíny, ktoré by sa mohli použiť na dodávanie pesticídov, herbicídov a fungicídov na špecifické biologické ciele.

„Sme priekopníkmi cielených technológií dodávania založených na poťahovaní nanomateriálov cukrami alebo peptidmi, ktoré rozpoznávajú špecifické proteíny na rastlinných bunkách a organelách,“ povedal Giraldo. „To nám umožňuje preniesť existujúci molekulárny mechanizmus rastliny a nasmerovať požadované chemikálie tam, kde to rastlina potrebuje, napríklad vaskulatúra rastlín, organely alebo miesta infekcií rastlinnými patogénmi.“

To by mohlo spôsobiť, že rastliny budú odolnejšie voči chorobám a škodlivým environmentálnym faktorom, ako je extrémne teplo alebo vysoký obsah soli v pôde. Tento typ dodávky by bol tiež oveľa ekologickejším prístupom s menším počtom mimocieľových účinkov na životné prostredie.

Ďalšou stratégiou diskutovanou v článku je použitie umelej inteligencie a strojového učenia na vytvorenie „digitálneho dvojčaťa“. Lekárski výskumníci používajú výpočtové modely alebo „digitálnych pacientov“ na simuláciu toho, ako lieky interagujú a pohybujú sa v tele. Výskumníci rastlín môžu urobiť to isté pri navrhovaní molekúl nanonosičov, ktoré dodávajú živiny alebo iné agrochemikálie do rastlinných orgánov, kde sú najviac potrebné.

„Je to ako J.A.R.V.I.S. (Just A Rather Very Intelligent System) z filmu Iron Man. V podstate sprievodca umelou inteligenciou, ktorý pomôže navrhnúť nanočastice s vlastnosťami kontrolovaného dodávania pre poľnohospodárstvo,“ povedal Giraldo. „Môžeme nadviazať na tieto dvojité simulácie so skutočnými experimentmi na rastlinách, aby sme získali spätnú väzbu na modely.“

„Presné dodávanie aktívnych látok v rastlinách s podporou nanotechnologií premení poľnohospodárstvo. Existujú však kritické technické výzvy, ktoré musíme najskôr prekonať, aby sme si uvedomili celú škálu jeho výhod,“ povedal Greg Lowry, profesor inžinierstva Carnegie Mellon a spoluautor recenzného článku. „Som optimistický, pokiaľ ide o budúcnosť prístupov rastlinnej nanobiotechnológie a ich priaznivý vplyv na našu schopnosť udržateľne vyrábať potraviny.“

Zdroj: www.nanowerk.com