Plasma a baja temperatura para eliminar E. coli de cultivos hidropónicos
Un grupo dirigido por investigadores de las universidades japonesas de Nagoya y Meijo ha desarrollado una tecnología de desinfección que utiliza plasma a baja temperatura generado por electricidad para cultivar plantas hidropónicas respetuosas con el medio ambiente. Esta innovadora tecnología esteriliza los cultivos y favorece el crecimiento de las plantas sin necesidad de utilizar fertilizantes químicos. Sus hallazgos aparecen en Environmental Technology & Innovations.
Los radicales de oxígeno (círculos blancos) generados en el plasma a baja temperatura (púrpura) eliminan las bacterias (azul) de los cultivos hidropónicos.
Reiko Matsushita
En la agricultura hidropónica, los agricultores cultivan las plantas suministrando a sus raíces una solución nutritiva. Sin embargo, la solución nutritiva puede infectarse con cepas patógenas de E. coli, contaminando el cultivo y provocando enfermedades alimentarias.
Para evitar este problema, los agricultores utilizan un tratamiento químico para esterilizar la solución nutritiva antes y durante el cultivo. En este proceso, se sustituye la solución nutritiva. Por desgracia, esto puede perjudicar al medio ambiente, ya que los productos químicos pueden contaminar el agua y producir emisiones de gases de efecto invernadero en su proceso de producción.
"Nuestros resultados sugieren una forma completamente nueva de desinfectar", afirma el autor, el profesor Masafumi Ito, de la Universidad de Meijo. "Nuestra tecnología puede reducir potencialmente la producción de pesticidas que utilizan combustibles fósiles, la contaminación del medio ambiente y los residuos".
En lugar de agroquímicos, la técnica del equipo realizaba la esterilización mediante plasma. El plasma es un gas con pequeñas cargas eléctricas, conocidas como iones y electrones, y partículas reactivas eléctricamente neutras en su interior. El equipo creó el plasma a baja temperatura utilizando un generador de plasma.
Su método se dirige al aminoácido triptófano del abono, que es vital para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Cuando la solución nutritiva se irradia con plasma, los electrones del plasma generan radicales de oxígeno, partículas de oxígeno muy inestables, que luego producen radicales de triptófano.
Aunque la planta puede seguir utilizando el triptófano alterado en su metabolismo, los radicales inactivan las enzimas implicadas en el metabolismo del carbono en E. coli. El análisis metabolómico reveló la inactivación de los circuitos glucolítico y de ácidos tricarboxílicos, esenciales para la supervivencia de la bacteria, y la inactivación de la enzima clave GAPDH. El resultado son cultivos estériles en menos tiempo, lo que supone una gran ventaja sobre las técnicas químicas convencionales.
"Hemos desarrollado una tecnología de esterilización mediante radicales de oxígeno que resulta prometedora como tecnología de control higiénico de la solución nutritiva en los cultivos hidropónicos modernos", afirma el autor principal, el profesor Kenji Ishikawa, del Centro de Ciencias del Plasma a Baja Temperatura de la Universidad de Nagoya. "Dado que el uso de pesticidas químicos está restringido por los ODS y la Estrategia Verde, nuestra innovadora tecnología puede utilizarse para la esterilización simplemente convirtiendo la atmósfera que contiene nitrógeno, oxígeno y vapor de agua en plasma a baja temperatura basado en energía eléctrica obtenida de la energía natural. Se espera que esta tecnología promueva el desarrollo tecnológico hacia el objetivo de eliminar los combustibles fósiles y reducir los gases de efecto invernadero."
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Publicación original
Naoyuki Iwata, Kenji Ishikawa, Yasuhiro Nishikawa, Hiroyuki Kato, Motoyuki Shimizu, Masashi Kato, Hiromasa Tanaka, Masafumi Ito, Masaru Hori; "Oxygen radical irradiation transforms an organic fertilizer l-tryptophan into an environment and human-friendly bactericide"; Environmental Technology & Innovation, Volume 33
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