Nanotecnologia, il futuro dell’agricoltura? #finsubitoagevolazioni

Tra cambiamenti climatici, inquinamento e malattie, l’agricoltura non sta vivendo proprio un periodo roseo. Inoltre la domanda globale di cibo è in costante aumento, e in mancanza di un’offerta continua milioni di persone soffriranno ancora di più la fame. Per questo occorre sviluppare soluzioni che possano ribaltare questa situazione, e in questo la nanotecnologia può dare il suo contributo, secondo un recente studio condotto dalla University of California – Riverside e dalla Carnegie Mellon University di Pittsburgh.

Cos’è la nanotecnologia nell’agricoltura

Quando parliamo di nanotecnologia ci riferiamo a una tecnologia che implica la manipolazione di materiali su scala atomica o molecolare (appunto, a livello di nanometro: un miliardesimo di metro, circa 100.000 volte più piccolo di un capello umano). Una tecnologia quindi adattabile anche alle forme di vita più minuscole, come le piante. Da qui l’agricoltura, anche se ancora la nanotecnologia in questo ambito è quasi agli albori.

Ma con il già citato aumento della domanda globale di cibo, la nanotecnologia sta facendo di tutto per essere sempre più essenziale nell’agricoltura, soprattutto nell’integrazione di strategie avanzate per risolvere gli annosi problemi che la stanno logorando.

Prendiamo ad esempio le colture colpite da malattie o insetti infestanti: con la nanotecnologia l’agricoltura si ritroverebbe con un prezioso alleato capace di garantire farmaci mirati e prodotti agrochimici che potrebbero ridurre l’infestazione e la malattia. Infatti è proprio su questo aspetto su cui stanno lavorando gli scienziati.

Lo studio di Riverside e Carnagie Mellon

In questa ricerca pubblicata su Nature Nanotechnology, i ricercatori delle Università di California – Riverside e Carnegie Mellon University hanno voluto analizzare l’utilizzo della nanotecnologia nel campo agricolo partendo da questo assunto: visto che attualmente le tecnologie avanzate permettono il rilascio controllato di farmaci a cellule specifiche del corpo umano, perché non applicarle anche nell’agricoltura?

In effetti questa tecnologia, già fondamentale nel campo medico per la somministrazione mirata di farmaci, potrebbe rivoluzionare le pratiche agricole fornendo agrochimici alle piante in modo ancora più preciso. Gli autori dello studio affermano:

“I nanocarrier (NC) che possono fornire con precisione agenti attivi, nutrienti e materiali genetici nelle piante renderanno l’agricoltura più resiliente ai cambiamenti climatici e sostenibile”.

Ma come? Secondo i ricercatori, ci sono diverse strategie nanotecnologiche che potrebbero essere adattate per l’agricoltura.

Nanomateriali per guidare la pianta

Un approccio potrebbe essere quello di rivestire i nanomateriali con zuccheri o peptidi che bersagliano specifiche proteine sulle cellule delle piante, dirigendo gli agrochimici esattamente dove sono necessari, come il sistema vascolare delle piante o i siti di infezione da patogeni.

Questa soluzione permetterebbe di “guidare” la pianta verso i componenti chimici desiderati, per esempio nel sistema vascolare, negli organelli, o nei siti di infezioni da patogeni.

Intelligenza artificiale e machine learning per digital twin

Un altro approccio potrebbe essere quello dell’intelligenza artificiale e del machine learning, con cui creare modelli computazionali delle piante, simili ai “gemelli digitali” (digital twin) utilizzati nella ricerca medica.

Questi modelli possono simulare come i nutrienti e i chimici si muovono all’interno di una pianta, permettendo la progettazione di molecole nanocarrier che consegnano queste sostanze in modo efficiente.

Per saperne di più: Intelligenza artificiale: cos’è e come funziona, tutto sulla AI

Limiti e scadenze per la nanotecnologia nell’agricoltura

Nonostante le prospettive promettenti, ci sono diverse sfide significative da superare prima che queste tecnologie possano essere implementate pienamente. Il co-autore dello studio, il Professor Greg Lowry della Carnegie Mellon, ha sottolineato gli ostacoli tecnici ma rimane ottimista riguardo al futuro della nanobiotecnologia vegetale.

Ma oltre agli ostacoli non mancano nemmeno le scadenze. Juan Pablo Giraldo, professore associato presso UC Riverside e coinvolto nella ricerca, sottolinea come oggi ci siano studi che prevedono la necessità di aumentare la produzione alimentare fino al 60% entro il 2050 rispetto ai livelli del 2020. Davanti a questa scadenza sono necessari ora più che mai nuovi strumenti per valutare rapidamente le interazioni tra NC e piante e per esplorare e verificare la gamma di approcci di targeting fattibili nelle piante.

Per saperne di più su questo studio, consigliamo la lettura del paper pubblicato su Nature Nanotechnology.

Gregory V. Lowry, Juan Pablo Giraldo, Nicole F. Steinmetz, Astrid Avellan, Gozde S. Demirer, Kurt D. Ristroph, Gerald J. Wang, Christine O. Hendren, Christopher A. Alabi, Adam Caparco, Washington da Silva, Ivonne González-Gamboa, Khara D. Grieger, Su-Ji Jeon, Mariya V. Khodakovskaya, Hagay Kohay, Vivek Kumar, Raja Muthuramalingam, Hanna Poffenbarger, Swadeshmukul Santra, Robert D. Tilton & Jason C. White, Towards realizing nano-enabled precision delivery in plants, Nature Nanotechnology (2024), DOI: s41565-024-01667-5.