Ученые рассказали, какие технологии медицины изменят сельское хозяйство

13.06.2024

Технологии

135

Светлана ДАРЕНСКИХ, «ГлавАгроном»

Фото:© Владимир Исаенко / Glavagronom.ru

Ученые проанализировали медицинские технологии, которые могут оказаться востребованными в сельском хозяйстве

Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде и Университета Карнеги-Меллон привели аргументы в пользу наиболее известных технологий, используемых в медицине, которые помогут изменить сельское хозяйство. Свои выводы они опубликовали в статье на страницах журнала Nature Nanotechnology,

В частности, нанотехнологии позволяют конструировать микроскопически малые объекты. Нанометр равен одной миллиардной части метра и примерно в 100 000 раз меньше ширины человеческого волоса. С помощью нанотехнологий пестициды и удобрения можно доставлять туда, где они наиболее необходимы. Но эти знания еще предстоит применить в растениеводстве в больших масштабах.

«Нам нужно увеличить производство продуктов питания на 60% к 2050 году по сравнению с уровнем 2020 года. Прямо сейчас мы пытаемся добиться этого с помощью неэффективной доставки агрохимикатов. Половина всех удобрений, вносимых в почву, теряется в окружающей среде и загрязняет грунтовые воды. В случае с пестицидами ситуация еще хуже. Только 5% достигают намеченных целей. Остальное приводит к загрязнению окружающей среды», – пишет Хуан Пабло Хиральдо, доцент Калифорнийского университета и соавтор статьи.

Исследователи уверены, что подходы, заимствованные из наномедицины, могут быть использованы для доставки пестицидов, гербицидов и фунгицидов к конкретным биологическим мишеням.

«Мы являемся пионерами в области технологий адресной доставки, основанных на покрытии наноматериалов сахарами или пептидами, которые распознают специфические белки в растительных клетках и органеллах. Это позволяет использовать существующие молекулярные механизмы растения и направлять нужные химические вещества туда, где они необходимы растению, например, в сосудистую сеть растения, органеллы или места заражения патогенами», – отметил ученый.

Другая стратегия, обсуждаемая в статье, заключается в использовании искусственного интеллекта и машинного обучения для создания «цифрового двойника растения». Исследователи-медики используют вычислительные модели или «цифровых пациентов» для моделирования взаимодействия лекарств с организмом и их перемещения внутри него. Исследователи растений могут сделать то же самое для разработки молекул-наноносителей, которые доставляют питательные вещества или пестициды к органам растений, где они наиболее необходимы.

«Точная доставка активных веществ в растения с помощью нанотехнологий изменит сельское хозяйство, но существуют критические технические проблемы, которые мы должны сначала преодолеть, чтобы реализовать весь спектр их преимуществ», – подчеркивает Грег Лоури, профессор инженерного факультета Карнеги-Меллона и соавтор обзорного документа.