Tutto quello che c'è da sapere sui nanopesticidi

Piuttosto, è il lavoro di Harper in laboratorio che la lega al suolo.

Uno scienziato dell'Oregon State University di Corvallis, Harper è ostinatamente alla ricerca di piccoli, sostanze prodotte dall'uomo chiamate nanoparticelle, con l'obiettivo di identificare quale sarà un vantaggio e quale una rovina per gli agricoltori, consumatori e l'ambiente. Nanoparticelle, che sono le dimensioni delle molecole, sono già utilizzati in tutto, dalla protezione solare ai dispositivi biomedici. Le loro minuscole dimensioni li rendono efficienti, ma anche imprevedibile. Questo è ciò che preoccupa Harper:le prime nano-formulazioni di pesticidi si stanno facendo strada silenziosamente nei campi agricoli, e vuole sapere cosa succede dopo.

Un ingegnere oltre che un tossicologo, Harper ha una prospettiva unica. Crede che la nanotecnologia possa aiutare a rivoluzionare l'agricoltura così come la medicina. Ma vede il potenziale così come i rischi dei nanopesticidi. "Penso che la stragrande maggioranza dei nanopesticidi non sarà tossica" - o, almeno, non più tossico per gli organismi non bersaglio degli attuali pesticidi, dice Harper. "Abbiamo solo bisogno di un modo per identificare quella manciata che potrebbe essere pericolosa".

Riducendo le dimensioni delle singole goccioline di nanopesticidi, c'è un ampio consenso - dall'industria al mondo accademico all'Agenzia per la protezione dell'ambiente - che la quantità totale di tossine spruzzate sui campi agricoli potrebbe essere significativamente ridotta. Le goccioline più piccole hanno una superficie totale maggiore, che offre complessivamente un maggiore contatto con i parassiti delle colture. Anche, queste minuscole particelle possono essere progettate in modo che, Per esempio, un guscio fisico chiamato capsula può sopportare meglio il degrado nell'ambiente, offrendo una protezione più duratura rispetto ai pesticidi convenzionali. Ma quel guscio può alterare quelle che erano proprietà fisiche prevedibili, ad esempio quanto è solubile il pesticida in acqua.

E Harper è anche ben consapevole che le proprietà fisiche uniche della nanoscala mettono in discussione il destino ambientale delle particelle. Una volta spruzzati sui campi, si accalcheranno sui raccolti o scivoleranno attraverso il terreno nei corpi idrici? Il più preoccupante, Harper si chiede se saranno prontamente assorbiti da organismi che non sono parassiti (come api o pesci), e per quanto tempo rimarranno nell'ambiente - proprietà che potrebbero cambiare radicalmente con le dimensioni. “Semplicemente non lo sappiamo, " lei dice.

“Il potenziale dei pesticidi nanoabilitati è incredibile, ma è ancora un sogno al momento, "dice Sonny Ramaswamy, direttore dell'Istituto nazionale per l'alimentazione e l'agricoltura dell'USDA. E il sogno va oltre i pesticidi. Descrive i piani per sensori di dimensioni nanometriche in grado di rilevare il basso livello di azoto e inviare un messaggio al telefono cellulare di un agricoltore o ai nanosensori in imballaggi di plastica per alimenti che si illuminano quando entra in contatto con listeria o salmonella. “La preoccupazione è che potrebbero esserci conseguenze indesiderate associate alle nanoparticelle:questa è la grande domanda che le agenzie federali stanno esaminando, " Aggiunge. "Persone come Stacey Harper stanno fornendo quel servizio di Yeoman per assicurarsi che stiamo affrontando qualsiasi potenziale conseguenza indesiderata".

“Il potenziale dei pesticidi nanoabilitati è incredibile, ma al momento è ancora un sogno".

Harper ricorda la prima volta che ha sentito il termine "nanotecnologia". È stato un decennio fa, durante un incontro alla U.S. Environmental Protection Agency a Las Vegas, dove ha lavorato come studente post-dottorato. Il suo team è stato incaricato di valutare i rischi per la salute dei nanomateriali. "La grande discussione era 'cosa sono e perché siamo preoccupati per loro, '", ricorda.

Incuriosito, Harper si è tuffato all-in, concentrandosi inizialmente su applicazioni biomediche come le nanoparticelle d'oro utilizzate per indirizzare la somministrazione di farmaci (uno dei primi prodotti che hanno adottato la tecnologia). Le aziende attente all'ambiente hanno presto inondato il suo laboratorio di prodotti, che vanno dai filtri solari alla medicina per l'acne, ai composti che combattono lo Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA, un batterio carnivoro) — per un feedback sulla sicurezza. Ben presto si rese conto che con questa nuova tecnologia, si potrebbe creare un numero infinito di tipi di nanoparticelle, e che i tradizionali approcci di valutazione del rischio, che testerebbe le singole nanoparticelle, non avrebbero resistito alla sfida. “Si tratta davvero di capire quali proprietà fisiche o strutturali renderebbero tossica una nanoparticella rispetto ad altre, " lei dice.

Trovare queste risposte è stato tutt'altro che facile. Un problema è la mancanza di fondi. Negli ultimi 13 anni, il governo degli Stati Uniti ha incanalato miliardi nella National Nanotechnology Initiative (NNI), un programma coordinato di ricerca e sviluppo che abbraccia 20 dipartimenti e agenzie federali e mira a stimolare la nanotecnologia in tutti i settori. Nel 2008, l'NNI ha compiuto un passo senza precedenti e ha anche iniziato a finanziare la ricerca sulla salute e la sicurezza ambientale. “La necessità di valutare i rischi delle nuove tecnologie è una delle lezioni apprese dal contraccolpo degli OGM (modificazione genetica degli alimenti), "dice Harper. Finora, però, la piccola frazione di questo denaro disponibile per i test di rischio si è concentrata in gran parte sui lavoratori che potrebbero inalare le nanoparticelle.

Gli scienziati si sono resi conto che avevano bisogno di più velocemente, metodi più efficienti per valutare i rischi delle nanoparticelle. Harper, Per esempio, sviluppato un test per valutare la tossicità dei nanomateriali su zebrafish, una versione acquatica di un topo da laboratorio, uno che può informare gli impatti sulla salute umana e sull'ambiente. Ramaswamy lo definisce "un sistema modello davvero interessante".

“Delle centinaia di composti nanotecnologici che abbiamo testato, solo pochi stanno alzando bandiere rosse, "Dice Harper. “Spesso si riduce al fatto che la chimica superficiale della particella abbia una carica positiva complessiva, " significato, Per esempio, che potrebbero essere attratti dalle membrane cellulari caricate negativamente se entrassero nel corpo umano. Per tenere traccia delle nano-funzioni che creano problemi, ha contribuito a creare un database internazionale delle strutture fisiche e della loro tossicità. L'obiettivo è determinare quali progetti di nanoparticelle dovrebbero essere evitati, quindi condividere tali informazioni con l'industria.

Era il marito di Harper e l'attuale responsabile del laboratorio, Bryan, che ha rivolto la sua attenzione all'impatto ambientale dei nanopesticidi. Anni fa, ha lavorato presso il National Pesticide Information Center (NPIC), una hotline finanziata dal governo federale ospitata nel campus dell'OSU che gestisce le domande del pubblico sui rischi per la salute dei pesticidi. Bryan è stato colto alla sprovvista quando le chiamate hanno iniziato a ricevere informazioni sui rischi ambientali del nanoargento, il primo nanopesticida ad arrivare sul mercato. È un composto antibatterico utilizzato in un'ampia gamma di prodotti di consumo, dall'abbigliamento agli integratori alimentari.

Naturalmente, ha chiesto a sua moglie un input. Non è riuscita a trovare nulla sui rischi nella letteratura scientifica. “Il destino ambientale dei nanopesticidi è un grande, buco nero, "dice Bryan. Per aiutare a riempire quel vuoto, Harper e colleghi hanno recentemente ricevuto finanziamenti per determinare come i nanopesticidi agricoli di prima generazione si muoverebbero attraverso il suolo e l'acqua, e se potrebbero inavvertitamente danneggiare pesci o api.

Per testare questi scenari, Harper ha creato "ecosistemi di dimensioni nanometriche" per testare come questi composti si muovono attraverso il loro ambiente e interagiscono con la fauna. Nel suo laboratorio, Per esempio, contenitori di plastica contenenti solo pochi grammi di terreno sono in bilico sopra contenitori di un quarto di dimensione che contengono zebrafish embrionale. Il team applica pesticidi al suolo e quindi registra il numero di deformità negli embrioni di zebrafish. collega dell'OSU di Harper, Louisa Hooven, inizierà presto un esperimento per vedere se gli spray aerei di formulazioni di nano-pesticidi influiranno sul modo in cui le api trasportano il polline ai loro alveari. Il team prevede di pubblicare i risultati entro la fine dell'anno.

Ma il test non è così facile come sembra. Poiché l'ingrediente attivo in un dato pesticida sarà probabilmente una sostanza chimica già approvata, le aziende di pesticidi non devono testare una versione di dimensioni nanometriche. Harper ha incontrato abbastanza muri da dubitare che le compagnie di pesticidi condivideranno volontariamente i loro composti, o anche se i loro prodotti contengono o meno nanoparticelle.

Così ha iniziato a togliere dallo scaffale i pesticidi agricoli per vedere se contengono già particelle di dimensioni nanometriche, quale, per definizione, li renderebbe pesticidi nano-abilitati. “Stacey è tenace, "dice il direttore dell'NPIC David Stone, che è stato coautore di un documento del 2010 con Harper che spiega perché la "registrazione dei pesticidi come al solito" non funzionerà su scala nanometrica. “Ha un sacco di potenza e idee creative, " lui dice, aggiungendo che è una delle poche ricercatrici che testerà prodotti già presenti sul mercato.

Una scansione iniziale ha rivelato che il 90 percento della dozzina di prodotti pesticidi che Harper e i suoi colleghi hanno testato contengono particelle nella gamma nanometrica. Ora deve determinare se le nanoparticelle sono un ingrediente attivo, uno stabilizzatore chimico o semplicemente un componente benigno che è sempre stato nei pesticidi, invisibile fino a poco tempo fa.

“Il destino ambientale dei nanopesticidi è un grande, buco nero”.

"C'è molto poco destino ambientale e test di trasporto delle nanoparticelle in corso, "dice Jennifer Sass, uno scienziato senior si è concentrato sulla regolamentazione delle sostanze chimiche tossiche presso il Natural Resources Defense Council. “È una ricerca costosa, e dove le aziende potrebbero aver raccolto alcuni dati di monitoraggio ambientale, non hanno alcun interesse a rendere pubbliche tali informazioni, "aggiunge.

Ma Harper sa che non passerà molto tempo prima che i produttori vadano oltre il semplice restringimento dei pesticidi in nano-formulazioni. Si aspetta di vedere nanopesticidi multifunzionali, ad esempio prodotti dotati di biosensori in grado di rilevare i parassiti prima di rilasciare il principio attivo, entro i prossimi 10 anni. La velocità con cui la tecnologia sta avanzando rafforza solo la sua determinazione a rispondere rapidamente a queste domande.

Viaggiando sulle colline dall'Alsea alla Willamette Valley ogni mattina, lei e suo marito a volte ricevono un pungente promemoria che la loro ricerca potrebbe aiutare a trovare modi sostenibili per ridurre la necessità di così tanti spray. “Possiamo sentire l'odore dei fungicidi e dei pesticidi applicati ai campi, " lei dice. “Più tempo passi a goderti il ​​bel paese qui intorno, più vuoi proteggerlo.”

Questa storia è stata prodotta dal Food and Environment Reporting Network, un indipendente, testata giornalistica senza scopo di lucro che si occupa di cibo, agricoltura, e salute ambientale.

Correzione:questo articolo identificava erroneamente l'MRSA come un virus carnivoro. È un batterio carnivoro.