Los científicos han transferido una colección de genes a bacterias colonizadoras de plantas que les permiten extraer nitrógeno del aire y convertirlo en amoníaco, un fertilizante natural.
por Scott Weybright, Universidad Estatal de Washington
El trabajo podría ayudar a los agricultores de todo el mundo a utilizar menos fertilizantes artificiales para cultivar importantes cultivos alimentarios como el trigo, el maíz y la soja.
El grupo de científicos, incluidos dos de la Universidad Estatal de Washington, publicó el estudio «Control de la fijación de nitrógeno en bacterias que se asocian con cereales» a fines del mes pasado en Nature Microbiology .
«Existe un interés creciente en reducir la cantidad de fertilizante usado en la agricultura porque es costoso, tiene impactos ambientales negativos y requiere mucha energía para producir», dijo John Peters, director del Instituto de Química Biológica de WSU y coautor de el papel. «Hay un gran beneficio en desarrollar formas de aumentar las contribuciones de la fijación biológica de nitrógeno para la producción de cultivos en todo el mundo».
Cómo las leguminosas obtienen nitrógeno
La investigación del equipo ayuda a compartir un beneficio simbiótico que se encuentra en los cultivos de leguminosas, en el que los agricultores han confiado durante siglos para enriquecer naturalmente el suelo.
Los cultivos de leguminosas, como los garbanzos y las lentejas, requieren una cantidad significativamente menor de fertilizantes que otros cultivos, porque han desarrollado una relación simbiótica con las bacterias que crecen dentro de los tejidos de sus raíces. Estas bacterias convierten el gas nitrógeno en amoníaco mediante un proceso llamado fijación biológica de nitrógeno.
Las bacterias toman nitrógeno del aire y lo convierten en amoníaco para las plantas, que lo usan como energía para crecer. Las plantas, a su vez, proporcionan carbono y otros nutrientes a los microbios.
Para trabajar simbióticamente, las legumbres y los microbios han evolucionado para liberar señales que todos pueden comprender. Las plantas emiten sustancias químicas que señalan a las bacterias cuándo necesitan nitrógeno fijo. Las bacterias producen señales similares para que las plantas sepan cuándo necesitan carbono.
Reducción de fertilizantes
Para desarrollar un método sintético para esta simbiosis entre otras bacterias y cultivos , los científicos trabajaron para determinar los grupos de genes en las bacterias que permiten la fijación de nitrógeno y luego agregar esos grupos de genes a otras bacterias.
«Este es solo un paso, aunque es un gran paso, en el camino para descubrir cómo promover una contribución cada vez mayor de la fijación biológica de nitrógeno para la producción de cultivos», dijo Peters.
Peters y WSU son codirectores del proyecto general con su colega Philip Poole en la Universidad de Oxford en el Reino Unido.
La reducción de los requisitos de fertilizantes podría tener impactos masivos en la disponibilidad de alimentos, el uso de energía y los costos agrícolas en todo el mundo.
Los fertilizantes son demasiado caros para muchos agricultores de todo el mundo. Sin ellos, muchos alimentos valiosos desde el punto de vista nutricional no crecerán en muchas áreas debido al suelo pobre en nitrógeno.
«Este proyecto tiene como objetivo aumentar la producción de alimentos y ayudar a alimentar al mundo», dijo Peters. «Transformar la producción de alimentos para que funcione sin fertilizantes a base de nitrógeno podría ser un gran avance en los países subdesarrollados. Agregar estos microbios sería como verter kombucha en las raíces».
Desafío complejo
El laboratorio de Peters se especializa en estudiar los procesos metabólicos de las bacterias o cómo crean y utilizan la energía. Su laboratorio proporcionó un modelo de cómo funciona la fijación de nitrógeno en diferentes organismos. Luego, sus coautores, biólogos sintéticos del Instituto de Tecnología de Massachusetts, pueden crear los mecanismos que necesitarán los microbios y las plantas.
«Este es un desafío tan complejo y generalizado que realmente se necesita un gran equipo con diversas áreas de experiencia para resolverlo», dijo Peters. «Pero si lo logramos, la recompensa podría ser enorme para todo el planeta».
