Protección apícola para las plantas
Nuevos tipos de sensores podrían ayudar a desarrollar productos fitosanitarios seguros para las abejas
La creciente demanda mundial de alimentos de origen vegetal hace necesario el uso de plaguicidas para proteger los cultivos de las plagas y garantizar su rendimiento. Sin embargo, hay un gran inconveniente: entre otros, el uso generalizado de pesticidas ha provocado en el pasado una reducción considerable de las poblaciones de insectos. El declive de las abejas silvestres, que contribuyen en gran medida a la polinización y son, por tanto, esenciales para el rendimiento agrícola, es especialmente preocupante.
Para resolver este dilema, científicos del Instituto Fraunhofer de Microsistemas Electrónicos y Tecnologías de Estado Sólido (abreviado EMFT) trabajan en el desarrollo de nuevos tipos de sensores en el marco del proyecto de investigación Ökotox. El objetivo de estos sensores es ayudar a identificar sustancias "hostiles para las abejas" en las primeras fases de desarrollo de nuevos productos fitosanitarios. "Nuestro objetivo es que estos sensores indiquen un efecto nocivo para los insectos en pocas horas y, al mismo tiempo, permitan probar muchas sustancias en paralelo, ahorrando tiempo y dinero", afirma el profesor Joachim Wegener. Wegener dirige el Departamento Fraunhofer de "Tecnología de sensores basados en células", situado en el campus de la Universidad de Ratisbona (UR) y estrechamente vinculado al Instituto de Química Analítica, Quimio y Biosensores de la UR.
El concepto básico del nuevo enfoque se basa en el uso de células de insecto como sensores. Estas células tienen el metabolismo típico de los respectivos insectos y pueden indicar cualquier impacto nocivo cuando se exponen a sustancias bioactivas. "Las células se transfieren a placas de laboratorio equipadas con microelectrodos en el fondo", explica Wegener. En estas llamadas matrices multielectrodo se determina en tiempo real la resistencia de las células a la corriente alterna (impedancia) y se informa de los efectos nocivos sobre las células.
El método podría complementar las pruebas bioanalíticas convencionales, que se utilizan para determinar la concentración tóxica del principio activo aislado. Sin embargo, los pesticidas suelen contener numerosos aditivos, a menudo responsables de efectos tóxicos no deseados. Con los sensores de células de insectos, se comprueba el efecto de toda la mezcla en un solo experimento. Esto permite identificar rápidamente los efectos biológicos de las nuevas formulaciones.
Las células se cultivan en el laboratorio. Se congelan directamente en los pocillos de las matrices multielectrodo y se almacenan a bajas temperaturas. Ahora, las células pueden descongelarse cuando sea necesario y están listas para el ensayo en cuestión de minutos, incluso directamente sobre el terreno, independientemente de un laboratorio de cultivo celular. Esto permite preparar grandes lotes de células sensoras mucho antes de realizar las pruebas, lo que ahorra tiempo y dinero.
Hasta el momento, se ha comprobado la toxicidad celular aguda de cinco pesticidas diferentes utilizando esta tecnología de sensores. "Los resultados muestran que algunos pesticidas que se venden para uso doméstico son tóxicos en concentraciones muy inferiores a las recomendadas para su aplicación", afirma Stefanie Michaelis, responsable del proyecto.
Para automatizar la aplicación de las matrices de electrodos cargadas con sensores, el equipo de investigación del Fraunhofer EMFT ha desarrollado un dispositivo de demostración que descongela las células y añade las muestras. "El dispositivo permite una dosificación precisa y elimina cualquier contaminación cruzada", explica Christian Hochreiter, que planificó y diseñó el prototipo.
La medida en que los resultados con células de insecto reflejan la influencia en insectos vivos es objeto de nuevas investigaciones.
Además de detectar un efecto insecticida agudo, el mismo principio de sensor se utilizará para estudiar diversas funciones celulares (fenotipos) y permitirá investigar simultáneamente células de distintas especies de insectos en el futuro. "Nuestro objetivo es crear un perfil completo del impacto de las sustancias que vaya más allá de su pura toxicidad aguda en una sola especie", afirma Joachim Wegener.
(Traducido por deepl)
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