BulvárSzerző: blikk 2 órával ezelőtt 8 percnyi olvasás
A műtrágyázás évszázados ipari logikája alapjaiban rendülhet meg a biotechnológia legújabb áttörésének köszönhetően, amely mesterségesen átalakított mikroorganizmusokkal táplálná a növényeket. A szintetikus műtrágyák előállítása óriási energiaigényű folyamat, amely az üvegházhatású gázok globális kibocsátásának mintegy 2 százalékáért felelős. Egy amerikai startup most olyan genetikai kapcsolóval ellátott baktériumokat tesztel, amelyek képesek közvetlenül a növények gyökereinél megkötni a nitrogént, radikálisan csökkentve a vegyi anyagok iránti igényt.
A globális élelmiszer-ellátás jelenleg nagymértékben függ a műtrágyáktól, ám az elmúlt időszak geopolitikai feszültségei – köztük az iráni háború okozta energiapiaci sokk – meredek drágulást hoztak az agrárágazatban. A gazdálkodók számára a vetőmag és a műtrágya jelenti a két legnagyobb kiadási tételt, így a drága és környezetterhelő szintetikus tápanyagok kiváltása sürgető gazdasági és ökológiai érdek.
A levegő körülbelül 78 százalékát nitrogén teszi ki, ám ez a „szabad” nitrogén molekuláris formájában nem reagál könnyen más elemekkel, így a növények képtelenek közvetlenül felvenni azt. A növényeknek úgynevezett kötött, reaktívabb vegyületekre – például ammóniára – van szükségük a növekedéshez – írja beszámolójában az MIT Technology Review.
A természetben egyes növények, mint a hüvelyesek, szimbiotikus kapcsolatban élnek nitrogénmegkötő baktériumokkal, amelyeket a gyökereikben lévő gümőkben szállásolnak el. A hagyományos mezőgazdaság viszont a szintetikus műtrágyákra támaszkodnak, amelyeket ipari körülmények között, földgáz felhasználásával állítanak elő az úgynevezett Haber–Bosch-eljárással.
Az emberiség évezredek óta használ biológiai trágyát, és a vegyipari vállalatok is próbálkoznak egy ideje mikrobiális alternatívákkal. A fő akadályt eddig az jelentette, hogy a biológiai műtrágyák célja a szintetikus vegyszerek helyettesítése lenne, de a mikrobák számára energetikailag rendkívül drága az ammónia előállítása és kibocsátása. Ha egy baktérium az összes energiáját a nitrogén megkötésére fordítja, az gátolja a saját növekedését és szaporodását.
Dan Blaustein-Rejto, a Breakthrough Intézet élelmiszer- és mezőgazdasági igazgatója kiemelte: „Van ez az inherens biológiai valóság, ahol a mikrobák számára nagyon drága a nitrogén megkötése. Sok energiát kíván, és ha megkötik a nitrogént, azt maguknak akarják felhasználni fehérjék felépítésére és a túlélésre”.
Ez is érdekelheti
Két apró genetikai módosítás elég lehet ahhoz, hogy a gabonafélék a jövőben műtrágya nélkül is megtermeljék a növekedésükhöz szükséges nitrogént. Dán kutatók áttörő felfedezése szerint a növények immunrendszere „átprogramozható”, így együttműködésbe léphet a nitrogénkötő baktériumokkal. A módszer hosszú távon gyökeresen átalakíthatja a globális élelmiszer-termelést és csökkentheti a mezőgazdaság klímaterhelését.
Tim Schnabel, a Switch Bioworks alapítója és vezérigazgatója szerint a problémát a mikrobák életciklusának időbeli megosztásával lehet áthidalni. Mivel a mikrobák nagy mennyiségben történő kihelyezése a földekre logisztikailag túl drága és nehéz feladat, elengedhetetlen, hogy a kijuttatott kis populáció először szaporodni tudjon a növény gyökerei körül.
A startup megoldása egy genetikai kapcsoló. Ez a DNS egy vagy több szakasza, amely szabályozza bizonyos gének ki- és bekapcsolását. A mikrobák a talajba kerülve először zavartalanul szaporodnak, létrehozva egy egészséges, erős kolóniát a gyökérzónában, miközben folyamatosan monitorozzák a talaj meglévő tápanyagszintjét. Amint a nitrogénszint egy kritikus érték alá csökken, a genetikai kapcsoló aktiválja az ammónia termeléséért és sejten kívülre juttatásáért felelős géneket.
„Újra ki kell találnunk a műtrágyát” – vallja Schnabel. A genetikai beavatkozással a mikrobák előbb megerősödnek, s ezt követően kezdik el érdemben táplálni a növényt.
A Switch Bioworks jelenleg hat amerikai államban végzi a termék terepi tesztelését. Elsősorban a kukoricára fókuszálnak, amely az Egyesült Államok legnagyobb területen termesztett növénye: 2026-ra a vetésterülete meghaladta a 90 millió hektárt. Bár a betakarítást csak késő őszre tervezik, a megfigyelések szerint a kezelt kukoricaállományok már nyár végén láthatóan egészségesebb képet mutattak a kezeletlen kontrollcsoportokhoz képest. A kereskedelmi forgalomba hozatalig azonban még mintegy két-három év van hátra, az első piackész termékük pedig a szintetikus műtrágya körülbelül 25 százalékát lesz képes helyettesíteni, ám az arány később elméletileg 50 százalékig növelhető.
A génmódosított baktériumok a kukorica gyökerénél szaporodnának és adnának át tápanyagot / Illusztráció: Getty Images
A megoldás nem teljesen előzmény nélküli: a Pivot Bio nevű cég 2011-es alapítása óta már több millió hektáron alkalmazta a mikrobiális készítményeit. Ők a környezetfüggetlen, állandó nitrogéntermelő kolóniákra építenek, a vetőmagkezeléstől a kijuttatásig több formában kínálva baktériumokat, és a kukoricán túl már búzára, gyapotra, árpára és cirokra is kiterjesztették a portfóliójukat. Készítményeik szintén a műtrágyaigény nagyjából egynegyedét tudják kiváltani. Travis Frey, a Pivot technológiai igazgatója szerint a következő évtizedben a biológiai készítmények alapvető elemévé válnak a gazdálkodásnak.
John Havlin, az Észak-Karolinai Állami Egyetem professzora hangsúlyozta, hogy a szintetikus műtrágyáktól való függőség csökkentése óriási segítség a gazdáknak. Ugyanakkor szakértők figyelmeztetnek: a mikrobák nem tudják teljes mértékben kiváltani a hagyományos műtrágyázást.
A szintetikus műtrágya tehát még hosszú ideig velünk marad, de a mikrobiális innovációk döntő lépést jelenthetnek az agrárágazat szén-dioxid-kibocsátásának és környezetszennyezésének mérséklésében.
Napi