Pflanzenparasitäre Nematoden sind winzige Organismen, die im Boden leben und Pflanzen schädigen, indem sie sich von ihren Wurzeln ernähren. Derzeit beseitigen Landwirte Nematoden, indem sie Pestizide auf ihre Pflanzen anwenden. Da diese Chemikalien nur auf der Bodenoberfläche verbleiben sollen, müssen sie in großen Mengen ausgebracht werden, häufig mit großen Wassermengen, um sie bis zu den Wurzeln zu spülen. Das bedeutet, dass Landwirte viel Geld für Pestizide ausgeben müssen, viel Wasser verbraucht werden muss und viele giftige Chemikalien in die Umwelt gelangen.

Wenn Nematoden sich von Pflanzenwurzeln ernähren, behindern sie die Fähigkeit der Pflanze, Wasser und Nährstoffe aus dem Boden aufzunehmen

Mithilfe eines modifizierten Pflanzenvirus haben Wissenschaftler nun eine umweltfreundlichere und effektivere Methode zur Beseitigung von Nematoden entwickelt.

Auf der Suche nach einer weniger verschwenderischen und umweltfreundlicheren Alternative wandten sich Professorin Nicole Steinmetz von der University of California in San Diego und ihre Kollegen dem Tobacco Green Mosaic Virus zu. Im Gegensatz zu Pestiziden kann sich das Tabakgrünmosaikvirus von Natur aus gut im Boden ausbreiten.

Ingenieure haben Nanopartikel aus Pflanzenviren entwickelt, die Pestizidmoleküle tief in den Boden befördern können, die zuvor unerreichbar waren. Diese Entwicklung hat das Potenzial, Landwirten dabei zu helfen, parasitäre Nematoden, die Pflanzenwurzeln befallen, wirksam zu bekämpfen und gleichzeitig Kosten, Pestizideinsatz und Umwelttoxizität zu minimieren.

Die Wissenschaftler entfernen zunächst die RNA des Virus und machen es so für Pflanzen nicht infektiös. Anschließend wurden Nanopartikel des modifizierten Virus in eine Lösung gemischt, die das Pestizid Ivermectin enthielt. Das Insektizid wird durch einen einfachen Prozess der „thermischen Formänderung“, der die Mischung erhitzt, in Nanopartikel eingekapselt.

Mikroskopaufnahme von Nanopartikeln/University of California, San Diego, USA

In Labortests drangen die mit Pestiziden beladenen Nanopartikel erfolgreich in 10 Zentimeter (3,9 Zoll) Boden ein. Als diese Partikel aus Bodenproben gewonnen und in mit Nematoden gefüllte Petrischalen gegeben wurden, vernichtete das darin enthaltene Pestizid mindestens die Hälfte der Nematodenpopulation.

Diese One-Shot-Synthesemethode hat mehrere Vorteile. Erstens ist es kostengünstig, erfordert nur wenige Schritte und der Reinigungsprozess ist einfach. Diese Methode ist skalierbarer und ebnet den Landwirten den Weg, erschwinglichere Produkte zu erhalten. Zweitens kapselt diese Methode das Pestizid lediglich in Nanopartikeln ein, anstatt es chemisch an die Oberfläche zu binden, wodurch die ursprüngliche chemische Struktur des Pestizids erhalten bleibt.

Nun ist geplant, die Nanopartikel an echten, mit Fadenwürmern befallenen Nutzpflanzen zu testen. „Diese Technologie hat das Potenzial, die Feldbehandlung zu verbessern, ohne den Einsatz von Pestiziden zu erhöhen“, sagte Steinmetz.

Ein Artikel über die Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift NanoLetters veröffentlicht.