Επιστημονική ομάδα που χρηματοδοτείται από το Ίδρυμα Gates δημοσιεύει νέες γνώσεις που θα μπορούσαν να απλοποιήσουν τη γενετική μεταφορά της δέσμευσης αζώτου σε καλλιέργειες τροφίμων.
Η παραγωγικότητα των τροφίμων εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα λιπασμάτων, λέει ο βιοχημικός Lance Seefeldt από το Πανεπιστήμιο Utah State University. «Χρειαζόμαστε άζωτο για να επιβιώσουμε, αλλά δεν μπορούμε να το πάρουμε από τον αέρα», λέει ο Seefeldt, καθηγητής και επικεφαλής του Τμήματος Χημείας και Βιοχημείας της USU. «Παίρνουμε άζωτο από την πρωτεΐνη στο φαγητό μας».
Λίγο περισσότερο από έναν αιώνα πριν, η διαδικασία Haber-Bosch έφερε επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο το ατμοσφαιρικό άζωτο θα μπορούσε να μετατραπεί σε μια μορφή που να επιτρέπει την παραγωγή λιπασμάτων σε βιομηχανική κλίμακα. Η ανακάλυψη οδήγησε σε τεράστια αύξηση της παγκόσμιας παραγωγής τροφίμων και σε τεράστια πληθυσμιακή έκρηξη. Ωστόσο, ορισμένες περιοχές του πλανήτη, συμπεριλαμβανομένης της Υποσαχάριας Αφρικής, δεν διαθέτουν την υποδομή που να επιτρέπει την εισαγωγή και διανομή λιπασμάτων, πολύ λιγότερο την ικανότητα παραγωγής του απαραίτητου για θρεπτικά συστατικά προϊόντος κοντά στο σπίτι.
Από το 2019, ο Seefeldt και ο ανώτερος επιστήμονας της USU Zhi-Yong Yang συνεργάζονται σε ένα έργο με συναδέλφους στην Ισπανία και τις Ηνωμένες Πολιτείες, που χρηματοδοτείται από το Ίδρυμα Bill & Melinda Gates, για να ανασχεδιάσουν τη βιολογία των καλλιεργειών δημητριακών, όπως το καλαμπόκι και το ρύζι, να επιτύχουν αζωτοδέσμευση από μόνα τους, από το φως του ήλιου, χωρίς την εφαρμογή λιπάσματος.
Με τον κύριο συγγραφέα Luis Rubio και Lucía Payá Tormo, Carlos Echavarri-Erasun, Natalia Makarovsky-Saavedra και Ana Pérez-González στο Κέντρο Βιοτεχνολογίας Φυτών και Γονιδιωματικής στο Πολυτεχνείο της Μαδρίτης (UPM), μαζί με τον Yisong Guo του Πανεπιστημίου Carnegie Mellon , οι Seefeldt και Yang αναφέρουν ένα απλούστερο μονοπάτι, που περιλαμβάνει ένα πρόσφατα γνωστό ελάχιστο επτά γονιδίων που επιτρέπουν στο φυτικό κύτταρο να παράγει το ένζυμο που μπορεί να καλύψει το αέριο N2 από τον αέρα στο λίπασμα. Τα ευρήματά τους δημοσιεύτηκαν στο τεύχος 6 Νοεμβρίου 2024 του Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) .
«Ο στόχος είναι να τοποθετηθούν γονίδια στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες των καλλιεργειών, επιτρέποντάς τους να παράγουν αρκετή ενέργεια για να οδηγήσουν τη δέσμευση του αζώτου», λέει ο Yang. «Αυτό είναι ένα πολύ ωραίο αποδεικτικό στοιχείο. Ουσιαστικά, αυτές οι βασικές καλλιέργειες με θερμίδες – ρύζι, καλαμπόκι, πατάτες – θα μπορούσαν να έχουν ενσωματωμένο λίπασμα».
Η ομάδα αρχικά μείωσε τον αριθμό των γονιδίων που απαιτούνται για τη σταθεροποίηση του αζώτου σε εννέα και εντόπισε συνδυασμούς γονιδίων που θεωρούσαν απαραίτητους για την ολοκλήρωση της διαδικασίας. Προς έκπληξή τους, ανακάλυψαν ότι γονίδια που είχαν ορίσει ως κρίσιμους μεσάζοντες θα μπορούσαν να παραλειφθούν.
Η δυνατότητα απελευθέρωσης των καλλιεργειών δημητριακών από την ανάγκη για πρόσθετο λίπασμα είναι σημαντική, λέει ο Seefeldt. «Η Haber-Bosch έχει αποτρέψει τη μαζική ασιτία και επιτρέπει στους περισσότερους από εμάς να απολαμβάνουμε μια άφθονη, σταθερή προσφορά τροφής, αλλά έχει ένα βαρύ αποτύπωμα άνθρακα», λέει. «Σχεδόν το δύο τοις εκατό της παγκόσμιας προσφοράς ορυκτών καυσίμων πηγαίνει στην παραγωγή λιπασμάτων, η οποία είναι εξαιρετικά ρυπογόνος».
Επιπλέον, τα ελάχιστα γονίδια που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ανακούφιση της πείνας σε λιγότερο ανεπτυγμένα, λιγότερο προσβάσιμα μέρη του κόσμου, καθώς και σε περιοχές που μαστίζονται όλο και περισσότερο από την ξηρασία που προκαλείται από το κλίμα. Η γνώση προωθεί επίσης την έρευνα που επικεντρώνεται στην παραγωγή τροφίμων πέρα από τη Γη. Ο Seefeldt και ο συνάδελφος της USU, Bruce Bugbee, συνεργάστηκαν σε προσπάθειες που χρηματοδοτούνται από τη NASA για τη διερεύνηση του τρόπου διατήρησης της ανθρώπινης ζωής σε διαστημικές αποστολές μεγάλης διάρκειας, συμπεριλαμβανομένων ταξιδιών στον Άρη.
«Σε ένα κομμάτι, μαθαίνουμε ποια γονίδια και ποιος συνδυασμός γονιδίων χρειάζονται για να επιτευχθεί δέσμευση αζώτου σε διαφορετικά κύτταρα», λέει ο Seefeldt. «Αντί να παίζει μόνο ένα “κόρνο”, προσπαθούμε να κάνουμε όλη την “ορχήστρα” να παίξει μαζί».
Για να διαβάσετε ολόκληρη τη μελέτη πατήστε ΕΔΩ.
Ακολουθήστε το Cibum 
