استفاده از ویروس‌های گیاهی برای دفع آفات و حفظ سلامتی گیاهان

نیکول استین متس، استاد مهندسی نانو در دانشگاه سن دیگو، دارنده یک مدل بزرگ از ویروس های موزاییک سبز ملایم تنباکو. او در حال بررسی چگونگی استفاده از ویروس گیاهی برای تحویل آفت کش ها در داخل خاک می باشد. اعتبار: دیوید بیلوت / UC دانشکده مهندسی جاکوبس سن دیگو
 
تکنولوژی‌ای را تصور کنید که می تواند آفت کش ها را برای استفاده در نقاط خاصی در داخل خاک هدف قرار دهد، و آنها را در کنترل هجوم آفت ها موثر تر سازد در حالی که سمیت آنها را به محیط زیست محدود می کند.
 
محققان دانشگاه کالیفرنیا سن دیه گو و دانشگاه کِیس وسترن ریزرو گام هایی به سوی این هدف برداشته اند. آنها کشف کردند که یک نانوذره بیولوژیکی - یک ویروس گیاهی - قادر است مولکول های آفت کش را عمیق تر در زیر زمین قرار دهد، به مکان هایی که به طور معمول از دسترس آنها خارج است.
 
این کار می تواند به کشاورزان کمک کند تا به مدیریت آفات دشوارتری مانند نماتدهای انگلی که باعث ویرانی ریشه های گیاه در خاک می شوند و کمتر آفت کُشی دارند کمک کنند. این کار در مجله نانوتکنولوژی طبیعت منتشر شده است.
 
نیکول استین متس، استاد مهندسی نانو در دانشکده مهندسی جاکوبس سن دیگو و نویسنده ارشد مطالعات، گفت: "به نظر برخلاف عقل می رسد که ما بتوانیم از یک ویروس گیاهی برای درمان سلامتی گیاه استفاده کنیم." "این یک رشته تحقیق در حال ظهور در فناوری نانو است که نشان می دهد ما می توانیم از ویروس های گیاهی به عنوان سیستم های تحویل آفت کش استفاده کنیم. این شبیه نحوه استفاده از نانو ذرات در پزشکی است که دارو را به سمت مکان های بیماری هدایت می کنند و عوارض جانبی داروها را در بیماران کاهش می دهند."
 
استین متس توضیح داد: آفت کش ها هنگام استفاده از آنها در مزرعه، مولکول های خیلی چسبنده ای هستند. آنها قویاً به مواد آلی در خاک متصل می شوند، که این باعث می شود آنها در نفوذ کافی به داخل خاک به روی سطح ریشه، جایی که آفاتی مانند نماتدها ساکن هستند و باعث آسیب می شوند، مشکل داشته باشند.
 
به منظور جبران این نقیصه، کشاورزان در نهایت از مقدار زیادی از آفت کش ها استفاده می کنند که باعث می شود که باقی مانده های مضر در خاک زیاد شوند و به آب های زیر زمینی شسته شوند.
 
استین متس و تیم او در تلاش برای حل این مشکل هستند. در یک مطالعه جدید، آنها کشف کردند که یک ویروس گیاهی خاص، ویروس موزاییکی سبز ملایم  تنباکو، می تواند مقادیر کمی از آفت کش ها را به عمق خاک به راحتی حمل کند.
 

در تست های آزمایشگاهی، محققان یک حشره کش مدل را به انواع مختلف نانوذرات متصل کردند و آنها را به میان ستونهای خاک آب دادند.
 

پاول چاریو، یک دانشجوی دکترای مهندسی زیستی در دانشگاه سن دیگو، آزمایش می کند که تا چه حد ویروس موزائیک سبز ملایم تنباکو از میان یک ستون خاک حرکت می کند. اعتبار: دیوید بیلوت / UC دانشکده مهندسی جاکوبس سن دیگو
 
در این مطالعه استفاده مفید تستی از ویروس موزاییک سبز خفیف تنباکو بیشتر از سایر نانوذرات بود. این ویروس محموله خود را تا 30 سانتیمتر زیر سطح حمل می کرد. PLGA و نانوذرات متخلخل سیلیکا، که محققان برای تحویل سموم و کود مورد مطالعه قرار دادند، بارهای خود را به ترتیب 8 و 12 سانتیمتر تا عمق حمل می کردند.
 
سایر ویروس های گیاهی نیز مورد آزمایش قرار گرفتند. ویروس موزاییک Cowpea نیز بار خود را تا 30 سانتی متر عمق در زیر سطح حمل می کند، اما تنها می تواند کسری از حجمی که ویروس موزاییک سبز خفیف تنباکو می تواند حمل کند را حمل کند. جالب توجه است که ویروس موزاییک Physalis فقط به عمق 4 سانتیمتر زیر سطح می رسید.
 
محققان فرض را بر این گذاشته اند که هندسه نانوذرات و شیمی سطح آنها می تواند در نحوه حرکت آنها از میان خاک نقش داشته باشد. به عنوان مثال، داشتن یک ساختار لوله ای ممکن است تا حدودی توضیح دهد که چرا ویروس موزاییکی سبز ملایم تنباکو سریع تر از اغلب دیگر نانو ذرات که شکل کروی دارند حرکت می کند. ما می توانیم از ویروس های گیاهی به عنوان سیستم های تحویل آفت کش استفاده کنیم.  همچنین شیمی سطح آن به طور طبیعی متنوع تر از شیمی سطح نانو ذرات مصنوعی مانند PLGA و سیلیس است که این می تواند باعث ایجاد تعامل با خاک به گونه ای متفاوت شود. در حالی که این قواعد طراحی ممکن است برای ویروس موزاییک سبز خفیف تنباکو کاربرد داشته باشد، محققان می گویند که کار بیشتری لازم است تا بهتر درک شود که چرا دیگر نانوذرات به روش خود رفتار می کنند.
 
استین متس گفت: "ما در حال استفاده از مفاهیمی هستیم که از نانومواد پزشکی آموخته ایم، جایی که ما در حال توسعه نانوذرات برای تحویل هدفمند دارو هستیم، و آنها را در کشاورزی اعمال می کنیم." "در تنظیمات پزشکی نیز، ما می بینیم که نانوحامل هایی با شکل های لاغر و لوله ای و شیمی هاس سطح متنوع، بهتر می توانند بدن گردی کنند. این، این مطلب را معنی دار می سازد که یک ویروس گیاهی راحت تر می تواند در میان خاک نفوذ و حرکت کند – شاید به این علت که آنجا جایی است که به طور طبیعی ساکن آنجاست."
 
از لحاظ ایمنی، ویروس موزاییک سبز خفیف سبز تنباکو می تواند گیاهان خانواده Solanaceae (و یا nightshade) مانند گوجه فرنگی، سیب زمینی و بادمجان را آلوده کند، اما برای هزاران گونه دیگر گیاهی بی خطر است. همچنین، ویروس فقط از طریق تماس مکانیکی بین دو گیاه، نه از طریق هوا منتقل می شود. به گفته محققان، این بدان معنی است که اگر یک مزرعه با این ویروس درمان شود، مزرعه های مجاور در معرض آلودگی قرار نمی گیرند.
 

منبع: دانشگاه کالیفرنیا - سن دیگو