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:
- Первоначально модифицированная Synechocystis фиксировала азот с 2% эффективности от Cyanothece.
- После удаления части генов и оставления ключевых 24 генов, эффективность выросла до более 30%.
- 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.
