Инсектициды считаются основополагающей частью сельскохозяйственного производства, предназначенной для защиты культур, используемых для питания растущего населения мира - 8,2 млрд человек по состоянию на 2024 год. Вместе с тем агрохимические продукты подвергаются критике экологической общественности, что стимулирует поиск новых биологизированных альтернатив.
Исследовательская группа под руководством профессоров Университета Дэлавера Диона Влахоса, инженера-химика и биомолекулярного инженера, и Майкла Кроссли, энтомолога и эколога дикой природы, синтезировала новые активные инсектицидные ингредиенты, которые действуют целенаправленно и не наносят ущерба окружающей среде, пишет Карен Б. Робертс в релизе университета.
Химия и молекулы получены из биомассы, такой как древесная масса, солома и кукурузные початки — ресурсы, которые в противном случае считались бы отходами, что привносит устойчивость и цикличность в работу. Исследователи опубликовали свои выводы в ChemSusChem.
Если быть точным, то ученые нашли способ взять коммерчески доступные растительные атомы из биомассы и «привить» им определенные функциональные молекулы, чтобы создать новый тип химического вещества с активностью по уничтожению вредных насекомых.
Сунита Садула, руководитель лаборатории и старший научный сотрудник Энергетического института штата Делавэр, рассказала, что команда протестировала свою формулу на синтетической молекуле, известной как ванилин, которая обычно производится из лигнина, и на молекуле фурфурол, которая получена из молекул сахара, присутствующих в лигноцеллюлозной биомассе, наиболее распространенном отходе, остающемся от целлюлозно-бумажной промышленности.
Получив материал, который выглядел многообещающим, исследователи обратились за помощью к Майклу Кроссли, доценту кафедры энтомологии и экологии дикой природы в Колледже сельского хозяйства и природных ресурсов Университета Уттар-Прадеша, чтобы определить, является ли созданная их группой молекула пестицидом.
В ходе своих испытаний Кроссли обнаружил, что разработанные молекулы и процесс действительно действовали как эффективный инсектицид против вредителя, известного как малый мучной хрущак, вызывая уровень смертности, аналогичный уровню обычных инсектицидов.
«Что удивительно в процессе, разработанном лабораторией Влахоса, так это то, что вы можете удалить группу и добавить группу, получая другой тип химикатов с совершенно другими свойствами», - отметил Кроссли. На данный момент проводятся испытания, чтобы убедиться в безвредности этого метода для экологически полезных насекомых, например, медоносных пчел.
Теджас Гокулдас, аспирант пятого года обучения в лаборатории Влахоса, сказал, что другие пробовали разные стратегии для создания этих типов пестицидов на биологической основе, даже из лигноцеллюлозной биомассы, но не смогли создать активные ингредиенты, которые бы достигали той же токсичной активности, что и коммерческие пестициды. Однако разработанный в Университете Дэлавера метод позволил получить пестицид на биологической основе с эффективностью, почти равной (почти 1:1) традиционным пестицидным ингредиентам на основе карбамата, доступным на рынке. При этом используются полностью возобновляемые ресурсы. С по меньшей мере 991 миллионом тонн доступной сухой лигноцеллюлозной биомассы в Соединенных Штатах каждый год, это устойчивый вариант.
Кроссли указал на способность команды создавать полезные химические вещества из отходов как на главное преимущество Кроме того, ингредиенты менее токсичны для окружающей среды и более доступны по цене, чем другие коммерчески доступные варианты. Команда использовала минимальные шаги для производства продуктов и исключила высокотоксичные реагенты, обычно используемые во время коммерческого синтеза, что также привнесло устойчивость в эту часть процесса разработки продукта.
Технико-экономический анализ, проведенный на основе активных ингредиентов, показал, что молекулярные соединения на основе фурфурола, созданные командой, в два-четыре раза дешевле других коммерчески доступных соединений, широко используемых для производства пестицидных продуктов.
Что немаловажно, процесс можно масштабировать. «При разработке химии мы сосредоточились на молекулах, которые имеются в продаже, чтобы не столкнуться с проблемами в цепочке поставок, когда мы захотим расширить масштабы», - поясняет Садула.
Исследовательская группа подала международную патентную заявку на свой метод и процесс через Управление экономических инноваций и партнерств (OEIP) UD.
Одним из удивительных открытий исследования стало то, насколько безопасным будет соединение на основе фурфурола для водных организмов. Это связано с тем, что химия молекул, разработанных UD, предпочитает водную среду, поэтому молекулы предпочли бы оставаться в воде, а не в органическом организме, таком как растения, почва или рыба. «Это означает, что эти химикаты легче удалить с различных фруктов и овощей, поскольку их можно просто смыть», - сказал Гокулдас. Сами ученые считают блестящей идеей извлекать одну молекулу и вставлять другую, открывая дверь для биологической оптимизации других пестицидов.
Источник: www.udel.edu. Автор: Карен Б. Робертс. Автор коллажа: Джеффри К. Чейз.