Selon une nouvelle étude de l’Université de Californie, les technologies avancées qui permettent l’administration précise de médicaments à des cellules spécifiques du corps pourraient également bénéficier à l’agriculture.

Les scientifiques ont maintenant proposé que ces technologies sont cruciales pour que les producteurs puissent répondre à la demande alimentaire mondiale croissante.

L’étude a été publiée dans le Nanotechnologie de la nature et a été écrit par des chercheurs de l’UC Riverside et de l’Université Carnegie Mellon. Le document met en évidence certaines des stratégies les plus connues pour améliorer l’agriculture grâce à la nanotechnologie.

Mais qu’est-ce que la nanotechnologie exactement ? Eh bien, les chercheurs le définissent comme un « terme générique pour l’étude et la conception de choses microscopiques », car un nanomètre est un milliardième de mètre, soit environ 100 000 fois plus petit que la largeur d’un cheveu humain.

Bien que les nanotechnologies permettent désormais aux médicaments d’être administrés là où ils sont le plus nécessaires, ces connaissances n’ont pas encore été appliquées à la science des plantes à grande échelle.

« Des 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 de le faire par une livraison inefficace de produits agrochimiques », a déclaré Juan Pablo Giraldo, professeur agrégé à l’UCR et co-auteur correspondant de l’article.

« La moitié de tous les engrais appliqués dans les fermes est perdue 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 beaucoup de place pour l’amélioration », a poursuivi Giraldo.

En 2024, l’agriculture représente jusqu’à 28 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre, selon les auteurs de l’étude. En plus d’une série d’autres facteurs allant des événements météorologiques extrêmes aux ravageurs endémiques des cultures et à la dégradation rapide des sols, l’équipe de recherche estime que cela souligne la nécessité de nouvelles pratiques et technologies agricoles.

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Dans le cadre de leur examen, les scientifiques ont mis en lumière 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 les pionniers des technologies d’administration ciblées basées sur l’enrobage de nanomatériaux avec des sucres ou des peptides qui reconnaissent des protéines spécifiques sur les cellules et les organites végétaux », a expliqué Giraldo

« Cela nous permet de prendre 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 de la plante, les organites ou les sites d’infections phytopathogènes. »

Les experts partagent que cette approche a le potentiel d’améliorer la résilience des plantes aux maladies et aux facteurs environnementaux tels que la chaleur extrême et la salinité élevée du sol. Ils affirment également qu’il pourrait également offrir une méthode plus respectueuse de l’environnement avec des effets hors cible réduits.

Une autre stratégie discutée dans le document consiste à utiliser l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique pour créer un « jumeau numérique ». Les chercheurs médicaux 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 des plantes là où ils sont le plus nécessaires.

« C’est comme J.A.R.V.I.S. (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 livraison contrôlée pour l’agriculture », a déclaré Giraldo.

« Nous pouvons faire suivre ces simulations jumelles avec des expériences de plantes réelles pour obtenir des commentaires sur les modèles. »

« L’administration de précision nanométrique d’agents actifs dans les plantes transformera l’agriculture, mais il y a 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 l’article de synthèse. « 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. »

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