Científicos editan genéticamente un microbio del suelo para fijar nitrógeno en el maíz, reduciendo la necesidad de fertilizantes sintéticos. La Klebsiella variicola se modificó para fijar 122 veces más nitrógeno que la cepa natural, y lo hacen de manera continua.
Chemical and Engineering News / 28 de diciembre, 2021.- Las bacterias aisladas de las raíces de una planta de maíz y dotadas de una potente capacidad para romper los enlaces entre dos átomos de nitrógeno podrían ayudar a minimizar el uso de fertilizantes en la agricultura, según un nuevo estudio (ACS Synth. Biol. 2021, DOI: 10.1021 / acssynbio.1c00049). Los microbios, creados y comercializados por la empresa agrícola Pivot Bio, fertilizan el suelo de manera más sostenible que los fertilizantes sintéticos y son las primeras bacterias editadas genéticamente desarrolladas para el cultivo de cereales como el maíz.
Las plantas necesitan nitrógeno para un crecimiento eficiente. Cada año, los agricultores de todo el mundo utilizan más de 100 millones de toneladas métricas de fertilizantes nitrogenados, que consisten en amoníaco, nitratos u otros compuestos que contienen nitrógeno. Sin embargo, al menos la mitad de los fertilizantes nitrogenados que los agricultores depositan son arrastrados por las tormentas, que se agravan a medida que se acelera el cambio climático. La escorrentía es una fuente notoria de contaminación del aire y del agua.
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Las plantas también pueden obtener nitrógeno de las bacterias naturales del suelo que lo capturan de la atmósfera, un proceso llamado fijación biológica de nitrógeno. El nitrógeno en forma gaseosa (N2) es abundante en el aire, pero debido a que la molécula es extremadamente estable, las plantas no pueden usar N2 hasta que se haya descompuesto. Con la ayuda de una enzima llamada nitrogenasa, los microbios del suelo dividen los enlaces triples que mantienen unidas las moléculas de N2, lo que ayuda a transformarlas en compuestos que las raíces de las plantas pueden absorber. Las bacterias que se asocian con las legumbres, como las lentejas, la soja y el maní, son razonablemente eficientes en la fijación de nitrógeno, pero los asociados con cereales como el maíz, el arroz y el trigo lo son menos.
En el nuevo estudio, Pivot Bio explicó la biología detrás de sus bacterias fijadoras de nitrógeno específicas del maíz, que se lanzaron comercialmente en 2019. “El objetivo aquí es tener un microbio que proporcione nitrógeno con la misma confiabilidad y acceso que proporcionaría un fertilizante sintético ”, Dice Keira Havens, gerente de proyectos de sostenibilidad de Pivot Bio y autora principal del estudio.
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Pivot Bio creó sus microbios modificados comenzando con un aislado de una bacteria del suelo llamada Klebsiella variicola que coloniza selectivamente la superficie exterior de las raíces de las plantas de maíz y realiza una potente fijación biológica de nitrógeno. Normalmente, el microbio suprime su capacidad para realizar este proceso cuando el nitrógeno fijo ya está presente. Pero los investigadores eliminaron uno de los dos genes que controla este mecanismo y movieron un promotor dentro del genoma para que las capacidades de fijación de nitrógeno permanezcan activas a tiempo completo. Esto permite a los productores reemplazar parte de su uso de fertilizantes con el microbio alterado, que fija 122 veces más nitrógeno que su contraparte natural.
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«Es un cambio técnico relativamente simple», dice Havens. La empresa distribuyó los microbios a los productores, que los utilizaron además del fertilizante sintético que ya estaban aplicando. Los campos complementados con microbios de Pivot Bio mostraron un rendimiento significativamente mayor que los campos que utilizan fertilizantes sintéticos solo en ensayos en 48 grandes campos de maíz. Debido a que los microbios no sobreviven a menos que toquen físicamente las raíces del maíz, existe poco peligro de que se laven y bombeen el amoníaco que persiste en el medio ambiente», explica.
“Los microbios no pueden reemplazar todos los fertilizantes sintéticos que usan los agricultores en este momento”, dice Havens. Pero la idea era demostrar que la suplementación con los microbios podría permitirles de manera confiable usar menos, agrega.
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Los microbios editados genéticamente son «una estrategia emocionante y revolucionaria» para los agricultores, dijo Shelley D. Minteer, química biológica de la Universidad de Utah, en un correo electrónico. «Este documento muestra claramente la viabilidad comercial de esta estrategia».