Un argument en faveur de l’application des connaissances médicales à l’agriculture

Les technologies avancées permettent la libération contrôlée de médicaments vers des cellules spécifiques du corps. Les scientifiques affirment que ces mêmes technologies doivent être appliquées à l’agriculture si les producteurs veulent répondre à la demande alimentaire mondiale croissante.

Dans un Nature Nanotechnologie Dans un article de revue de revue, des scientifiques de l'UC Riverside et de l'Université Carnegie Mellon mettent en évidence certaines des stratégies les plus connues pour améliorer l'agriculture grâce à la nanotechnologie.

La nanotechnologie est un terme générique désignant l’étude et la conception d’objets microscopiquement petits. Quelle taille ? Un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre, soit environ 100 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain. Grâce à la nanotechnologie, les médicaments peuvent désormais être délivrés là où ils sont le plus nécessaires. Mais ces connaissances n’ont pas encore été appliquées à grande échelle à la science végétale.

“Certaines études prédisent que nous devrons augmenter la production alimentaire jusqu'à 60 % en 2050 par rapport aux niveaux de 2020. À l'heure actuelle, nous essayons d'y parvenir grâce à une livraison de produits agrochimiques inefficace”, a déclaré Juan Pablo Giraldo, professeur agrégé à l'UCR et co-auteur de l'article. -auteur correspondant.

“La moitié des engrais appliqués dans les exploitations agricoles se perd dans l'environnement et pollue les eaux souterraines. Dans le cas des pesticides couramment utilisés, c'est encore pire. Seuls 5 % atteignent leurs objectifs. Le reste finit par contaminer l'environnement. Il y a un il y a beaucoup de choses à améliorer”, a déclaré Giraldo.

Actuellement, l’agriculture représente jusqu’à 28 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Ceci, en plus d’une série d’autres facteurs allant des événements météorologiques extrêmes aux ravageurs rampants des cultures et à la dégradation rapide des sols, souligne la nécessité de nouvelles pratiques et technologies agricoles.

Dans leur étude, les chercheurs mettent en évidence des approches spécifiques empruntées à la nanomédecine qui pourraient être utilisées pour administrer des pesticides, des herbicides et des fongicides à des cibles biologiques spécifiques.

“Nous sommes pionniers dans les technologies d'administration ciblée basées sur l'enrobage de nanomatériaux avec des sucres ou des peptides qui reconnaissent des protéines spécifiques sur les cellules et organelles végétales”, a déclaré Giraldo. “Cela nous permet d'utiliser la machinerie moléculaire existante de la plante et de guider les produits chimiques souhaités là où la plante en a besoin, par exemple le système vasculaire végétal, les organites ou les sites d'infections par des agents pathogènes végétaux.”

Cela pourrait rendre les plantes plus résistantes aux maladies et aux facteurs environnementaux nocifs comme la chaleur extrême ou la teneur élevée en sel du sol. Ce type de prestation constituerait également une approche beaucoup plus écologique, avec moins d’effets hors cible sur l’environnement.

Une autre stratégie évoquée dans le document consiste à utiliser l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique pour créer un « jumeau numérique ». Les chercheurs en médecine utilisent des modèles informatiques ou des « patients numériques » pour simuler la façon dont les médicaments interagissent avec le corps et se déplacent dans celui-ci. Les chercheurs en plantes peuvent faire de même pour concevoir des molécules nanoporteuses qui fournissent des nutriments ou d'autres produits agrochimiques aux organes végétaux là où ils sont le plus nécessaires.

“C'est comme JARVIS (Just A Rather Very Intelligent System) du film Iron Man. Essentiellement, un guide d'intelligence artificielle pour aider à concevoir des nanoparticules avec des propriétés de libération contrôlée pour l'agriculture”, a déclaré Giraldo. “Nous pouvons faire suivre ces simulations jumelles par des expériences réelles sur des plantes pour obtenir des commentaires sur les modèles.”

“L'administration précise d'agents actifs dans les plantes grâce aux nanotechnologies va transformer l'agriculture, mais il existe des défis techniques critiques que nous devons d'abord surmonter pour réaliser toute la gamme de ses avantages”, a déclaré Greg Lowry, professeur d'ingénierie à Carnegie Mellon et co-auteur correspondant de le document de révision.

“Je suis optimiste quant à l'avenir des approches de nanobiotechnologie végétale et aux impacts bénéfiques qu'elles auront sur notre capacité à produire des aliments de manière durable.”