Бактерии научили создавать удобрение из воздуха

Исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе сделали значительный шаг к созданию растений, способных самостоятельно производить удобрение из атмосферного азота. Это может революционизировать сельское хозяйство и снизить негативное воздействие на планету.

Проблема традиционных удобрений

  • Производство требует много энергии и сопровождается выбросами парниковых газов.
  • Эффективность низкая: менее 40% азота из коммерческих удобрений усваивается растениями.
  • Стоки с полей загрязняют водоёмы, вызывая цветение водорослей и гибель экосистем.

Решение из мира бактерий

Атмосфера Земли на 78% состоит из азота (N2). Хотя растения не могут его усваивать напрямую, некоторые цианобактерии (фотосинтезирующие бактерии) умеют его "фиксировать".

Ключевой организм: Цианобактерия Cyanothece.

  • Она обладает циркадным ритмом.
  • Днём фотосинтезирует, производя кислород.
  • Ночью "выключает" фотосинтез, удаляет кислород и фиксирует атмосферный азот.

Генная инженерия: перенос способности

Учёные во главе с Химадри Пакраси и Мэйтрии Бхаттачарья-Пакраси выделили у Cyanothece набор из 35 генов, активных только ночью. Эти гены перенесли в другую цианобактерию — Synechocystis.

Результаты эксперимента:

  1. Первоначально модифицированная Synechocystis фиксировала азот с 2% эффективности от Cyanothece.
  2. После удаления части генов и оставления ключевых 24 генов, эффективность выросла до более 30%.
  3. Добавление даже 1% кислорода снижало эффективность, но её можно было повысить, добавив другие гены от Cyanothece.

"Это означает, что инженерный план выполним. Должен сказать, этот результат превзошёл мои ожидания", — заявил Химадри Пакраси.

Значение и перспективы

Исследование, опубликованное в mBio, доказывает принципиальную возможность переноса сложного механизма фиксации азота между организмами.

Следующие шаги:

  • Уточнение минимального набора необходимых генов.
  • Попытка перенести эту функцию в растения.

Потенциальное влияние:

  • Упрощение сельского хозяйства для 800 миллионов мелких фермеров (данные Всемирного банка).
  • Сокращение затрат, времени на внесение удобрений и экологического ущерба.
  • Повышение урожайности и продовольственной безопасности.

"Если это увенчается успехом, это будет значительным изменением в сельском хозяйстве", — отметила Мэйтрии Бхаттачарья-Пакраси.