Νέα μελέτη αποκαλύπτει ότι ένα αέριο που θεωρείτο βιολογικά αδρανές στο έδαφος εκτοπίζει μικροοργανισμούς απαραίτητους για την υγεία των καλλιεργειών
Το υποξείδιο του αζώτου (N2O) είναι γνωστό κυρίως για δύο λόγους: Ως ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου που διασπά τη στρατόσφαιρα και ως αναισθητικό που αδρανοποιεί τη βιταμίνη Β12 στον ανθρώπινο οργανισμό. Αυτό που δεν ήταν γνωστό έως τώρα είναι ότι το ίδιο αέριο μπορεί να ασκεί επιλεκτική τοξική δράση στα μικροβιακά κοινόπρακτα του εδάφους γύρω από τη ρίζα των φυτών, εκτοπίζοντας βακτήρια που συμβάλλουν καθοριστικά στην απορρόφηση θρεπτικών ουσιών και στην άμυνα έναντι παθογόνων. Αυτό υποδηλώνουν νέα ευρήματα ερευνητών του Τεχνολογικού Ινστιτούτου Μασαχουσέτης που δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό mBio.
Η ρίζα κάθε φυτού περιβάλλεται από εκατομμύρια μικροοργανισμούς που ανταγωνίζονται και συνεργάζονται μεταξύ τους σε μια εύθραυστη ισορροπία. Μέρος αυτών των βακτηρίων παράγει φυσικά υποξείδιο του αζώτου ως υποπροϊόν του μεταβολισμού τους. Η εφαρμογή αζωτούχων λιπασμάτων, οι βροχοπτώσεις και το ξεπάγωμα του εδάφους μπορούν να προκαλέσουν απότομες και παρατεταμένες αυξήσεις των επιπέδων N2O για ημέρες ή και εβδομάδες. Μέχρι τώρα, επικρατούσε η υπόθεση ότι αυτές οι συγκεντρώσεις δεν αλληλεπιδρούν ουσιαστικά με τους ζωντανούς οργανισμούς του εδάφους.
Η ερευνητική ομάδα των Darcy McRose και Philip Wasson εστίασε στη βιοσύνθεση μεθειονίνης, μια θεμελιώδη διαδικασία που τα κύτταρα χρησιμοποιούν για να αναπτυχθούν. Η σύνθεση μεθειονίνης μπορεί να γίνει μέσω δύο διαφορετικών ενζύμων: Ένός που εξαρτάται από τη βιταμίνη Β12 και ενός που δεν εξαρτάται. Το υποξείδιο του αζώτου αδρανοποιεί τη βιταμίνη Β12, καθιστώντας το πρώτο ένζυμο μη λειτουργικό. Βακτήρια που διαθέτουν μόνο την Β12-εξαρτώμενη οδό δεν μπορούν να αντισταθμίσουν αυτή την απώλεια και αδυνατούν να αναπτυχθούν. Εκτιμάται ότι περίπου το 30% όλων των βακτηρίων με αλληλουχημένο γονιδίωμα είναι ευάλωτα σε αυτή την τοξικότητα. Σε πειράματα με το βακτήριο Pseudomonas aeruginosa, οι ερευνητές αφαίρεσαν γενετικά το ένζυμο που δεν εξαρτάται από Β12 και επαλήθευσαν ότι το βακτήριο κατέστη ευάλωτο ακόμη και στο N2O που παρήγαγε το ίδιο. Σε πειράματα με συνθετικές μικροβιακές κοινότητες από το φυτό Arabidopsis thaliana, η συνύπαρξη ευάλωτων βακτηρίων με βακτήρια που παράγουν N2O ανέστειλε σημαντικά την ανάπτυξη των πρώτων.
Ο Wasson αναγνωρίζει ότι η μελέτη αποτελεί απόδειξη της αρχής και όχι ακόμη πεδιακή επαλήθευση. Το επόμενο βήμα είναι η ανάλυση γεωργικών εδαφών μέσω αλληλούχησης γονιδιώματος, για να διαπιστωθεί αν τα μακροχρόνια εκτεθειμένα στο N2O εδάφη έχουν ήδη κοινότητες βακτηρίων που έχουν επιλεγεί βάσει ανθεκτικότητας στην ουσία. Αν τα εργαστηριακά ευρήματα επιβεβαιωθούν στο πεδίο, η χρονική διαχείριση της άρδευσης και της λίπανσης, ιδίως σε σχέση με τις αιχμές παραγωγής N2O, θα μπορούσε να αποτελέσει νέο εργαλείο βελτιστοποίησης της υγείας των καλλιεργειών, πέρα από τις ήδη γνωστές κλιματικές συνέπειες του αερίου.
