A literatura científica e tecnológica está repleta de nanotecnologia e suas aplicações médicas e de fabricação. Mas é em uma área com uma aura menos chamativa - as ciências das plantas - onde os avanços da nanotecnologia estão contribuindo dramaticamente para a agricultura.

Pesquisadores da Universidade Estadual de Iowa agora demonstraram a capacidade de entregar proteínas e DNA em células vegetais, simultaneamente. Isso é importante porque agora abre oportunidades para edição mais sofisticada e direcionada do genoma da planta - técnicas que requerem a entrega precisa de proteína e DNA para produzir modificações genéticas específicas em plantas cultivadas. Essas modificações estão se tornando cada vez mais importantes em face das mudanças climáticas, como novas pragas de insetos, doenças das plantas e estresses do solo surgem onde antes eram poucos.

Embora a entrega de DNA nas células tenha se tornado rotina, fornecer proteínas e enzimas para células animais e vegetais tem se mostrado mais desafiador. O avanço da entrega de proteína da equipe do estado de Iowa é uma conquista importante nesse sentido.

Um artigo de pesquisa descrevendo o avanço foi publicado online pelo jornal Materiais Funcionais Avançados . O trabalho foi parcialmente patrocinado pela Pioneer Hi-Bred com o apoio de longo prazo do Instituto de Ciências de Plantas da Iowa State University.

A equipe de pesquisa do estado de Iowa inclui Kan Wang, professor de agronomia; Brian Trewyn, cientista associado em química; Susana Martin-Ortigosa, um associado de pesquisa de pós-doutorado em agronomia; e Justin Valenstein, estudante de doutorado em química.

Nanopartículas são materiais minúsculos com o tamanho equivalente a várias moléculas lado a lado ou do tamanho de um grande vírus. Um único nanômetro equivale a um bilionésimo de metro. O vírus que causa a AIDS tem aproximadamente 100 nanômetros de diâmetro.

Usando nanopartículas de sílica mesoporosa semelhantes a favo de mel, novas e aprimoradas, que a equipe do estado de Iowa projetou há cinco anos, os pesquisadores demonstraram co-entrega de proteína funcional e DNA em células vegetais.

A primeira geração dessas partículas personalizadas era relativamente pequena (100 nanômetros) e, portanto, os espaços de empacotamento disponíveis eram incapazes de acomodar moléculas funcionais maiores, como proteínas ou enzimas. A próxima geração tem cinco vezes o tamanho (500 nanômetros) e se parece com um pedaço ultrafino de cereal Honeycomb.

A chave para o sucesso dos pesquisadores é um método recentemente desenvolvido para fazer bolsas maiores e uniformes nas nanopartículas personalizadas. Uma modificação adicional - revestimento de ouro de toda a partícula de sílica antes do empacotamento - melhorou a ligação de DNA e proteína para uma carga útil mais segura.

Para testar a eficácia da nova partícula, Wang e seus colegas carregaram os poros com uma proteína verde fluorescente derivada de água-viva, que serve como um marcador de foto dentro da célula vegetal. Próximo, essas partículas foram revestidas com DNA que codifica uma proteína vermelha de coral. O complexo foi então injetado em células vegetais usando uma arma genética, um método tradicional de entrega de genes que faz com que o material estranho passe pela parede celular protetora da planta.

A inovação do revestimento de ouro adicionou um peso balístico muito necessário às partículas, garantindo sua capacidade de bala de canhão através da parede celular da planta, uma vez liberada da arma genética.

As células que apresentam fluorescência vermelha e verde ao mesmo tempo confirmam a entrega bem-sucedida. A equipe demonstrou sucesso na cebola, células de tabaco e milho.

O trabalho é uma realização tangível dos esforços que a equipe teve na fase de projeto apenas dois anos atrás, quando o colega Victor Lin da Iowa State University e do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA morreu inesperadamente. "Ele era um cientista tão brilhante, "diz Wang." Todos nós nos sentimos completamente perdidos quando o perdemos. "

Mas a equipe se juntou, capitalizando o excelente treinamento que todos receberam de trabalhar com Lin para tornar esta partícula de próxima geração uma realidade.

"Não teríamos conseguido resolver nada sem o outro, "diz Wang." Este sucesso prova que seu legado continua. "